M1型巨噬细胞诱导乳腺癌微环境中肿瘤干细胞形成的分子机制研究

Cancer stem cells (CSC) are closely associated with drug-resistance, metastasis and recurrence in cancer patients. However, the mechanisms underlying CSC formation still remain unclear. We found that M1 macrophages exerting roles in pro-inflammatory and anti-tumor processes could secret a series of inflammatory cytokines (IL-6, TNF-α, IL-1β) to induce epithelial-mesenchymal transition (EMT) in breast cancer cells, leading to CSC formation, and the polarization between M1- and M2- macrophages may play a potential role in maintaining the dynamic equilibrium between CSCs and non-stem cancer cells. Especially, the Lin28B-let-7-HMGA2 axis, which functioned critically in initiating EMT process induced by inflammatory cytokines, was also involved in associating EMT with CSC formation upon M1 macrophage stimulation. This project will explore the molecular mechanisms in M1-induced CSC formation, and determine whether Lin-28B-let-7-HMGA2 activated by M1 macrophages paracrine plays a key role in CSC generation via EMT induction, and thus to understand the effects of macrophages on tumor formation and progression and reveal the regulatory mechanisms for CSC in tumor microenvironment, which will provide valuable information for CSC-targeting cancer treatments.

肿瘤干细胞（CSC）与肿瘤耐药、转移、复发密切相关，但其产生机制尚不明确。我们前期研究发现，具有促炎和抗肿瘤作用的M1型巨噬细胞可通过分泌炎性因子（TNF-α、IL-1β、IL-6）诱导乳腺癌细胞发生EMT而调控CSC形成，且M1/M2巨噬细胞的转型在维持CSC与非干细胞样肿瘤细胞间平衡中发挥潜在作用。在炎性因子诱导肿瘤细胞EMT转化中发挥启动作用的Lin28B-let-7-HMGA2轴亦成为M1型巨噬细胞诱导下，联系EMT与CSC形成的关键反应轴，调控CSC的产生。本研究拟探索M1型巨噬细胞诱导乳腺癌CSC形成及其分子机制，研究M1型巨噬细胞是否通过旁分泌信号激活乳腺癌细胞中Lin28B-let-7-HMGA2轴诱导乳腺癌细胞发生EMT而导致CSC形成，深刻认识巨噬细胞在肿瘤发生、发展中的作用，揭示肿瘤微环境中CSC形成的调控机制，为靶向CSC的肿瘤治疗新策略的建立提供信息。

目前，促炎的M1型巨噬细胞由于其杀伤肿瘤细胞能力被尝试应用于癌症的治疗中，但极少有研究直接关注M1型巨噬细胞对肿瘤细胞的作用。本研究中，我们发现M1型巨噬细胞通过旁分泌方式有效诱导不同乳腺癌细胞系中具有肿瘤干细胞（CSC）样表型特征的CD44high/CD24low或ALDH1+细胞群的形成。M1型巨噬细胞通过炎性细胞因子（IL-6，TNF-α，IL-1β）激活乳腺癌细胞中Stat3/NF-κB信号通路，继而引发Lin-28B-Let-7-HMGA2轴活化，引起上皮向间质样转化（EMT）而诱导CSC形成。本课题组前期发表数据显示Stat3信号通路可通过激活Lin-28B-Let-7-HMGA2轴启动乳腺癌细胞中的EMT程序。本研究中，我们发现，抑制Stat3/NF-κB信号通路或Lin-28B-Let-7-HMGA2轴均可抑制M1型巨噬细胞诱导的EMT/CSC发生。值得注意的是，敲低乳腺癌细胞中的HMGA2可直接抑制M1巨噬细胞诱导的CSC形成及肿瘤干细胞相关分子Klf-4和Nanog的表达。提示HMGA2在该轴诱导CSC中发挥关键作用。另一方面，对于巨噬细胞，延长与乳腺癌细胞共培养的时间后，M1型巨噬细胞逐渐获得部分M2型表型特征。于是我们对M1，M2型巨噬细胞在CSC形成中的作用进行了初步探索，数据显示，两种表型巨噬细胞相比，M1型巨噬细胞培养上清具有较强的诱导乳腺癌细胞中CSC形成的能力，而M2型巨噬细胞主要作用于业已形成的CSC，维持其相对稳定的比例及肿瘤干细胞表型特征。本研究揭示了M1型巨噬细胞可诱导乳腺癌中CSC的形成，巨噬细胞可通过M1/M2间的转型对CSC的形成和肿瘤干细胞特性维护进行调控。鉴于M1型巨噬细胞正在被尝试应用于临床肿瘤治疗，我们的数据提示在充分利用M1型巨噬细胞对肿瘤的杀伤作用的同时，应通过靶向关键调控分子及信号通路对其潜在的促CSC形成能力进行抑制，从而更安全有效的应用于临床。