TRPV4/Ca2+信号介导酸性微环境促进胃癌细胞干性的作用及机制研究

Cancer stem cells(CSCs) is the resource of tumor recurrence and metastasis，little is known about the effect of acidic microenvironment on maintaining stemness and underneath mechanism in tumor cell. Our previous study found the acidic microenvironment increase the numbers of CD44+ gastric cancer cells and up-regulate the expression of Nanog and Oct4, as well the formation of tumorspheres. It proved that acidic microenvironment could promote abtaining of stemness characteristics in gastric cancer. Further studies of the mechanism found the acidic microenvironment could increase the concentration of intracellular calcium of gastric cancer cells through acid-sensitive Ca2+-permeabl channels (TRPV4). Accordingly, we hypothesize that acidic microenvironment mediated Ca2+ entry through TRPV4 stimulate the PI3K/AKT signal pathway to promote the expression and unclear translocation of β-catenin, and then upregulate downstream Nanog and Oct4 genes. We would use cellular and molecular approaches and electrophysiological techniques to confirm our hypothesis at the levels of molecule, cell, tissue, whole animal and human. This project will provide a new therapeutic targets and theory basis of proton pump inhibitor treatment for gastric cancer.

肿瘤干细胞是肿瘤复发转移的关键，但目前有关酸性微环境与肿瘤细胞干性调控的研究报道国内外鲜见。我们前期预实验发现酸性微环境能够促进胃癌细胞干性表面标志物CD44+及干性相关基因Nanog、Oct4的表达，同时增强其体外的成球能力，这表明酸性微环境能够使成熟的胃癌细胞重获干性。进一步机制研究提示，酸性微环境刺激胃癌细胞的过程中伴随着细胞内Ca2+水平的上调，而酸敏感通道—TRPV4是介导这一细胞内钙变化的关键通道。因此，我们推测酸性微环境可能是通过TRPV4/Ca2+信号，进而激活PI3K/AKT通路促进β-catenin的表达和核转位，从而上调胃癌细胞干性相关基因表达。本课题拟采用细胞和分子生物学以及动态钙离子测定技术，欲从分子、细胞、组织和整体动物水平，研究酸性微环境促进胃癌细胞干性的作用及机制，以期为胃癌的复发转移寻找出新的干预作用靶点，同时为临床抑酸剂应用于防治胃癌复发的治疗提供依据。

胃癌发病率高且侵袭、转移能力强，多年来人们一直致力胃癌细胞恶性转化及后期浸润、转移的机制研究，但远期疗效仍不理想, 因此亟需寻找新的治疗方向及靶点。癌症干细胞（CSC）因具有自我更新和多向分化潜能特性，被认为是肿瘤复发和转移的种子细胞。近年来研究表明肿瘤细胞可以在特定微环境下表现出CSC样特性，逆分化为肿瘤干细胞，但具体的调控机制并不清楚。已知酸性微环境可以通过影响细胞代谢、增殖迁移等众多恶性生物学行为促进肿瘤的发生发展，但其在肿瘤细胞干性重获的作用及潜在的调控机制尚有待探索。本课题采用细胞和分子生物学以及动态钙离子测定技术，从分子、细胞、组织和整体动物水平，从功能机制及分子机制探讨了酸性微环境促进胃癌细胞干性重获的作用及相关机制。重要结果：我们首先证明了酸性微环境刺激胃癌细胞后表现出CSC样的特性，包括CSC特异性表面标记CD44及已知的多能性基因Nanog，Oct4的表达增加，并且自我更新及成球能力亦明显增强，提示酸性微环境能调控胃癌细胞的干细胞样特性。机制研究发现酸性微环境刺激的过程中伴随着细胞内钙信号水平的上调，进一步通过外环境有钙、无钙比较试验证实这种钙变化来源于外钙内流，而瞬时电压通道TRPV4正是细胞膜上介导这一外钙内流的重要钙通道，干扰或者阻断TRPV4通道后酸性微环境促胃癌细胞的干性重获作用均能被明显逆转，进一步分子机制证实TRPV4 /Ca2+下游主要通过激活PI3K/AKT通路促进了β-catenin的表达和核转位，β-catenin入核后可与干性基因Nanog或Oct4相互作用直接上调其表达，而酸性环境刺激能明显促进这种相互调控作用，从而使胃癌细胞的CSC样特性得以维持。最后从临床组织数据证实，人胃癌组织标本中瞬时电压通道TRPV4的表达与干性指标Nanog，Oct4均上调，且呈明显正相关性，同样在体内动物实验也证实干扰TRPV4后能明显抑制裸鼠胃癌细胞皮下成瘤及腹腔转移。总之，本研究揭示了TRPV4/Ca2+/β-catenin信号轴介导的酸性微环境调控胃癌干细胞干性重获的具体机制，不仅为胃癌的复发转移提出了新的研究方向，更为临床胃癌患者PPI使用抑制胃内酸性环境有助于减少胃癌复发提出了可能的理论依据。