POSTN通过调控PLK4介导肿瘤细胞休眠与激活影响结直肠癌复发转移的分子机制研究

Reactivation of dormant tumor cell is an important inducement for the recurrence and metastasis of many malignant tumors, but the mechanism needs further elucidation. Polo-like protein kinase 4 (PLK4) is a vital molecule in regulating cell cycle and proliferation. We previously found that PLK4 expression level was positively correlated with the expression level of proliferation index Ki-67, recurrence and metastasis, while high expression of PLK4 in colorectal cancer tissue suggested poor prognosis. Down-expression of PLK4 could induce colorectal cancer cells to enter dormant state. Studies have shown that extracellular matrix protein POSTN can regulate the activation of dormant tumor cells. And we have confirmed that POSTN can attribute to adverse prognosis of malignant tumors by activating the MAPK/ERK pathway. The reverse of dormancy and retrieval of malignancy in PLK4 down-expressed colorectal cancer cells could be achieved by adding POSTN recombinant protein. Western blotting and TCGA data analysis further revealed that POSTN expression level was positively correlated with PLK4. Therefore, we speculate that POSTN may affect the recurrence and metastasis of colorectal cancer by mediating tumor cell dormancy through PLK4. This project aims to elucidate the molecular mechanism concerning dormancy and reactivation of dormant colorectal cancer cells mediated by POSTN through PLK4 using cell function experiments, animal experiments and transcriptome sequencing, and to explore the clinical value of PLK4 in evaluating the prognosis of colorectal cancer patients.

休眠肿瘤细胞的再激活是多种肿瘤复发转移的重要诱因，其机制亟需阐明。Polo样蛋白激酶4（PLK4）是调控细胞周期和增殖的重要分子，申请人前期发现PLK4表达水平与Ki-67和肿瘤转移正相关，其高表达提示预后不良；降表达PLK4可介导结肠癌细胞进入休眠状态。有研究表明细胞外基质蛋白POSTN可调控休眠肿瘤细胞的激活，申请人也证实POSTN可通过激活MAPK/ERK通路导致恶性肿瘤的不良预后；在PLK4降表达的结肠癌细胞中加入POSTN重组蛋白可逆转肿瘤细胞的休眠，使其重获恶性表型；免疫印迹和TCGA数据分析进一步提示POSTN的表达与PLK4显著正相关。因此我们推测POSTN可能通过调控PLK4介导休眠细胞的激活，促进结直肠癌的复发转移。本项目拟通过细胞功能实验、动物实验和转录组学测序分析阐明POSTN通过PLK4介导结直肠癌休眠与激活的分子机制，探索PLK4评估结直肠癌临床预后的应用价值。

化疗耐药是肿瘤临床治疗过程中面临的最为严峻的考验，也是目前肿瘤研究的热点之一。耐药是影响肿瘤患者生存的主要限制因素；尽管近年来传统化疗、靶向和免疫治疗药物的研究取得了一定的进展，但大多数实体肿瘤仍会因耐药导致肿瘤局部复发和远期转移。鉴于多种耐药因素以时间或治疗依赖的方式在肿瘤中共存，因此寻找化疗耐药细胞的共性特征是长久以来困扰肿瘤学研究的难点问题。诸多研究结果表明肿瘤细胞的休眠状态可能是导致化疗耐药的根本诱因。.本课题前期发现并报道了Polo样蛋白激酶4（PLK4）在恶性肿瘤增殖表型转化的过程中发挥重要调控作用，进一步研究发现PLK4是调控肿瘤细胞休眠的关键分子，PLK4降表达的结直肠癌细胞呈现休眠表型并展现出显著升高的化疗耐药特征，然而关于PLK4调控肿瘤细胞休眠的相关机理仍亟待阐明。.申请人在课题支持下通过转录组测序发现自噬小体及自噬基因集在PLK4降表达的CRC细胞中显著富集；多项研究证实自噬在休眠的肿瘤细胞中高度活跃，自噬可启动与维持肿瘤细胞休眠状态并调控肿瘤细胞的化疗耐药，与本课题研究结果基本一致。进一步研究表明PLK4可通过PI3K/Akt/mTOR信号通路介导自噬调控肿瘤细胞休眠，由此我们得出以下结论，即PLK4下调后可能通过抑制mTOR通路介导自噬激活诱导肿瘤细胞进入休眠状态，进而逃避化疗杀伤导致肿瘤耐药。本研究又通过一系列体外、动物实验及临床组织药敏模型，从分子、细胞、动物及临床肿瘤标本等不同层次展开研究，初步阐明PLK4通过介导自噬调控肿瘤细胞休眠影响结直肠癌化疗耐药的作用及分子机制。申请人聚焦化疗耐药这一关键科学问题，基于国内外相关报道及课题组前期研究成果，从PLK4调控自噬介导肿瘤细胞休眠这一独特视角出发，旨在阐明PLK4调控自噬影响休眠介导化疗耐药的关键分子机制，具有鲜明的开创性特征，研究成果对丰富恶性肿瘤化疗耐药的科学理论具有重要的价值和临床意义，有望为结直肠癌化疗疗效评估及临床诊疗提供新的策略或潜在靶点。