乳腺干细胞微环境信号与其受激素调控机制的研究

The stem cell niche plays a pivotal role in regulating adult stem cell activity and behaviors. Our previous work indicated that Wnts are essential self-renewal factors for mammary stem cells. We were the first to establish an in vitro culture system to expand mammary stem cell and maintain their full development potential by utilizing Wnt3A proteins. Despite its potent application in culture, Wnt3A is not expressed in the mammary gland. Which Wnt family member is responsible for this activity and where the Wnt proteins are produced remain unknown. This proposal aims to investigate the identity of which Wnt that is required for stem cell self-renewal in vivo, to identify the physiological location of the niche, furthermore to explore the interplay between hormones and the niche signals. Steroid hormones play an essential role in the growth of the mammary gland, but little is known about their potential actions on mammary stem cells. This research will improve our understanding on the stem cell regulatory mechanisms and holds the potential for the development of predictive markers for regenerative medicine and cancer.

微环境严格调控成体干细胞的自我更新。发现关键的微环境信号分子及其细胞来源是干细胞研究中的重要问题。小鼠乳腺由于其成体发育、各阶段发育严格受激素调控等特点，是研究干细胞调控机制的优良模型。我们前期的研究确立 Wnt家族成员是促进乳腺干细胞自我更新的微环境信号分子，并利用Wnt3A 蛋白成功地在体外体系扩增乳腺干细胞。然而在体内是由哪一类Wnt家族成员来指导干细胞的活动、分泌这类Wnt信号分子的微环境细胞的性质、这类Wnt 的产生如何被调控？这些仍是未回答的问题。本申请项目主要以小鼠乳腺发育和再生作为组织模型，结合乳腺干细胞体外培养的体系，寻在体内特异针对乳腺干细胞发挥作用的Wnt家族成员，并探索这类Wnt信号分子的细胞来源，以及探索上游雌激素、孕激素对这类Wnt信号分子的调控进而影响干细胞自我更新的作用机制。我们的研究将有助于阐明干细胞的调控机理，为癌症治疗和再生医学提供重要的理论基础。

微环境严格调控成体干细胞的自我更新。发现关键的微环境信号分子及其细胞来源是干细胞研究中的重要问题。小鼠乳腺由于其成体发育、各阶段发育严格受激素调控等特点，是研究干细胞调控机制的优良模型。我们前期的研究确立 Wnt家族成员是促进乳腺干细胞自我更新的微环境信号分子。然而在体内是由哪一类Wnt家族成员来指导干细胞的活动、分泌这类Wnt信号分子的微环境细胞的性质、这类Wnt 的产生如何被调控？这些仍是未回答的问题。在本项目的支持下，我们对乳腺干细胞体内的微环境信号及其对干细胞自我更新的作用进行了研究。我们首先发现体内乳腺干细胞内源微环境信号由Wnt4和Rspo1两个分泌蛋白协同组成（Genes Dev, 2014）。微环境信号的发现帮助我们优化了促进乳腺干细胞的体外自我更新的培养体系。在该培养体系中，通过筛选在乳腺干细胞中发现Wnt信号的新靶基因－蛋白C受体（Procr）；Procr能够特异性地标记乳腺干细胞； 我们通过谱系追踪实验证实Procr标记的干细胞能够分化成乳腺中各种分化类型的细胞。我们的研究首次发现了乳腺干细胞的标记分子（Nature, 2015）。乳腺干细胞标记的发现对于乳腺癌的诊断及靶向治疗有重大的意义（专利：201410413021.6）。Procr不仅标记乳腺干细胞，还标记其它组织的干细胞 (Cell Research, 2016)。在加了Wnt的乳腺干细胞培养体系中，我们还发现了另一个Wnt信号的新靶基因Nrp1,并阐明了Nrp1在乳腺干细胞干性维持中的作用 (Scientific Reports, 2017)。 Wnt信号调控干细胞，除了通过下游靶基因维持干性，还通过Y型周期蛋白家族在有丝分裂期通过上调Wnt信号通路活性从而维持干性的机制(PLoS Genetics, 2016)。这个首次揭示了Wnt信号通路活性在有丝分裂期特异性的上调具有重要的生理意义，维持了分裂期中的乳腺干细胞的干性。这项工作对于认识细胞周期与干细胞干性维持相互关联的分子机制具有重要意义。关于Wnt调控乳腺干细胞的综述文章发表在Cancers期刊。