三维胶原微环境通过整合素α2β1/PI3K/AKT/NF-κB调控轴维持膀胱肿瘤干细胞样表型的分子机制研究

Bladder cancer is the most common malignant tumor of urinary system, which has the characteristics of low cure rate and high recurrence rate. Tumor microenvironment-induced stem-like phenotype might be one of the reasons for the poor efficacy of chemotherapy, but the specific mechanism is unknown. Our previous study found that type I collagen promoted the proliferation of bladder tumor cells through the integrin α2β1/PI3K/AKT signaling pathway. In view of this, this study intends to build a 3D cell culture model of type I collagen and a subcutaneous tumor-bearing mouse model. We will explore the role of 3D collagen microenvironent in the maintenance of tumor stem-like phenotype through in vitro cell and in vivo experients. By blocking the downstream pathway with integrin α2β1 inhibitors and PI3K/AKT/NF-κB inhibitors, the necessity of integrin α2β1 in maintaining the phenotype of bladder cancer stem cells in type I collagen was elucidated. A orthotopic bladder cancer model was established to investigate the anticancer effect of integrin α2β1 inhibitors combined with chemotherapy.The implementation of this project is expected to provide experimental basis for the discovery of the molecular mechanism by which the collagen microenvironent induces stem-like phenotype through the integrin α2β1/PI3K/AKT/NF-κB regulatory axis, aiming to provide a strategy for the combination of targeted drugs and chemotherapy drugs for tumor stem cells

膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤，具有治愈率低、复发率高的特点。肿瘤微环境诱导的干细胞表型可能是导致其化疗效果不佳的原因之一，但具体机制不明。我们前期研究发现，I型胶原借由整合素α2β1/PI3K/AKT信号通路促进膀胱肿瘤细胞增殖。鉴于此，本研究拟构建基于I型胶原的三维细胞培养模型及小鼠皮下荷瘤模型，通过体外细胞增殖、体内肿瘤形成实验等技术，探索三维胶原微环境在肿瘤干细胞样表型维持过程中的作用。通过使用整合素α2β1抑制剂和PI3K/AKT/NF-κB抑制剂阻断下游通路，阐明整合素α2β1及下游分子在I型胶原维持膀胱癌干细胞表型过程中的必要性。构建膀胱原位癌模型，探索整合素α2β1抑制剂与化疗药物联用的抗癌效果。本项目的实施，预期将为发现三维胶原微环境通过整合素α2β1/PI3K/AKT/NF-κB调控轴诱导肿瘤干细胞表型的分子机制提供实验依据，旨在为肿瘤干细胞靶向治疗提供理论基础。

高复发率已成为人类膀胱肿瘤治疗的关键挑战。这种疾病尽管在初次手术后进行了辅助治疗，但由于残留的致瘤细胞的存在，使得膀胱肿瘤的进展和复发率很高，采用标准疗法临床治疗的膀胱癌患者需要终身监测，是治疗成本最高的癌症。因此，迫切需要阐明肿瘤发生的潜在机制并开发新的治疗策略，这将损害肿瘤进展并降低复发率迄今为止，干细胞样膀胱癌症细胞被认为是导致肿瘤频繁复发的种子。然而，癌症干细胞（CSCs）的细胞来源仍然是一个有争议的问题，部分原因是发现CSCs不仅来源于正常干细胞，也由分化的肿瘤细胞转化而来。临床观察和实验数据都表明，CSC的生存和生物学行为与其肿瘤微环境密切相关。事实上，肿瘤免疫监测和缺氧的压力能够通过使CSC进入称为休眠的静止状态来抑制肿瘤的发展。在这里，我们采用了一种生物材料3D胶原I凝胶培养系统，其中非致瘤细胞可以获得α2β1/PI3K/AKT/NF-κB级联效应，导致膀胱组织发生肿瘤。使用这种生物材料3D胶原模型，我们研究了膀胱癌细胞中干样表型的异常。值得注意的是，2D胶原培养系统未能获得与3D培养系统相似的结果，这使我们能够通过生物力学力相关受体阐明CSC中肿瘤发生的分子机制而不是通过化学信号通路。此外，抑制这种整合素α2β1/PI3K/AKT/NF-κB信号途径可以显著损害CSC的致瘤能力。同时，体内研究表明，T细胞分泌的IFN-γ可以通过IDO/Kyn/AHR/P27级联触发这些CSC进入休眠状态，从而导致化疗耐药和癌症复发。为了解决抑制膀胱肿瘤生长和预防肿瘤复发的挑战，我们使用IDO和整合素α2β1信号通路抑制剂联合化疗药物唤醒休眠的膀胱CSC，抑制其致瘤能力以及有效消除CSC。我们提出的治疗方法为根除肿瘤和减少膀胱癌症治疗后复发提供了新的理论基础。