ID1在启动CD44阳性肠癌干细胞样细胞产生中的作用

CD44 is one of the cell surface cell markers in colon cancer and is of functional importance in the initiation of colon cancer. It is, however, unclear how CD44 positive cells are produced in this disease. Recently, we discovered that the oncogene inhibitor of differentiation 1 (ID1)is highly expressed in colon cancer, accompanied by CD44 positive cells. In the transfection study, ID1 increased the promoter activity of CD44, suggesting that ID1 possibly regulates the expression of CD44. Simultaneously, ID1 downregulates MATH1 and MUC2 mucin proteins, keeping cells in an undifferentiated state. ID1 is related to TGF-b and SURVIVIN,promoting the proliferation and survival of cells. These ID1 driven cells are characterized by the expression of the cell surface antigens CD44/CD24/CD133 which have the capacity to grow xenograft tumors in animals. The accumulating evidence indicates that ID1 is an important molecule for the generation of colon cancer stem-like cells. This research takes an approach of ID1 signaling pathways, determining the relationship between ID1 and its important effectors and elucidating the essential signaling pathways for the generation of colon cancer stem-like cells. The purpose of this research provides a theoretical basis for discovering the key molecular targets in order to treat colon cancer.

CD44是肠癌干细胞样细胞的表面标记之一，在启动肠癌移植瘤生长中起重要作用，但CD44阳性细胞是怎么产生的目前尚不清楚。我们最近的研究发现分化抑制因子1（ID1）上调同时伴有CD44阳性细胞的高表达，在ID1转染的细胞中，CD44基因的调节区活性增高，提示ID1可能直接调节CD44的表达。同时ID1调低MATH1和MUC2粘液蛋白的表达，使得细胞保持在未分化状态，与TGF-β和生存素的高表达相关，促进了细胞的生存与增生。这种以ID1驱动生长的幼稚细胞以表面抗原CD44/CD24/CD133阳性为特征，能在动物体内快速启动移植瘤的生长。种种迹象表明ID1是启动肠癌干细胞样细胞产生的分子基础。本项目以ID1的信息传导为切入点，明确ID1与各个重要效应分子之间的关系并阐述CD44阳性肠癌干细胞样细胞产生的关键信号通路，以便于找到的重要的分子靶点为将来治疗肠癌提供理论基础。

结直肠癌一直是危害人类健康的主要疾病，其5年生存率始终徘徊在50％左右，治疗效果有待改善。针对肠癌生物学特性的研究以及寻找新的抗肠癌作用靶点有助于寻找新的有效治疗手段。与其他消化道上皮癌相比，肠癌的特点是生长快速，分化抑制因子(Inhibitor of differentiation，Id1)的表达很高，与此基因相关的下游效应分子也很活跃，比如NF-KB/SURVIVIN，PI3K/AKT以及干细胞表面标志分子CD44、CD133、CD24等。为此我们应用分子生物学、细胞学等技术手段，从体内外分析Id1的表达与肠癌干细胞特性的关系，并阐述其机制。通过免疫组化技术和定量PCR技术发现，人结直肠癌组织中，Id1和CD44s呈现高表达，且与组织分化程度负相关，二者的表达具有相关性。CD44s还与淋巴结转移相关。应用RNA干扰技术沉默Id1基因的表达后，可显著降低HCT116细胞的干细胞球形成能力，并明显抑制该细胞在小鼠体内的成瘤率。Id1 knockdown显著下调与干性相关的分子CD24、CD44、CD133、CD166、EpCAM、EZH2、OCT4、β-catenin的mRNA水平，以及除了CD44、CD166之外的蛋白水平，由此抑制CD133+细胞数，影响了HCT116细胞在小鼠体内启动肿瘤生长的能力。另一方面，Id1 knockdown 通过上调E-cadherin表达，下调snail和twist表达而逆转了HCT116细胞EMT转变能力。通过抑制基质金属蛋白酶MMP2和MMP9，以及趋化因子受体CXCR4，显著降低HCT116细胞的侵袭转移能力。体内实验表明，Id1 基因knock down后，明显降低HCT116肠癌细胞的肝转移能力。进一步研究发现Id1上游分子ATF3可调控Id1并影响HCT116细胞的增殖、侵袭和转移，以及干细胞特性。由此可见，Id1分子在维持肠癌干细胞特性，促进生长增殖、侵袭转移中起重要作用，以Id1为靶点的药物将为肠癌的治疗提供新的思路。