EGCG对三维培养乳腺癌干细胞的抑制效应及机制研究

Breast cancer stem cells (BCSCs) most likely contributed to breast cancer generation and metastasis. However, BCSCs cultured in traditional 2-D condition tended to differentiate and lost their stem cell properties. So studies that EGCG inhibited BCSC properties based on 2-D cultured system cannot accurately display the pharmacological effect of EGCG on BCSCs in vivo condition. Our previous study had demonstrated that three-dimensional (3-D) culture system with collagen scaffolds could effectively improve expression of BCSC properties. Based on this observation, we plan to reveal pharmacological effects of EGCG on BCSCs in 3-D culture condition. The BCSC properties, including migration, self-renewal and tumorigenicity, will be detected by qRT-PCR, western blot, trans-well analysis, colony-forming cell assay, flow cytometry analysis, gene chip analysis and animal experiment. These findings will not only provide a theoretical basis for clinical breast cancer treatment, but also provide a platform for the other anti-cancer compounds from green tea.

乳腺癌干细胞（Breast Cancer Stem Cells，BCSCs）是乳腺癌发生和转移的关键因素，而BCSCs在传统二维培养条件下易于分化而失去干细胞特性，以此为基础研究绿茶成分EGCG对BCSCs的抑制效应，不能如实展现EGCG在体内的药理作用。与二维培养相比，三维培养体系能模拟体内微环境并促进BCSCs特性的表达。基于此，本项目通过构建BCSCs三维培养体系，拟结合qRT-PCR、免疫印迹、Trans-well、细胞单克隆形成、流式细胞术、基因芯片、裸鼠成瘤等实验手段，以EGCG对细胞迁移和侵袭性、BCSCs标志物表达、BCSCs含量、致瘤性等影响为切入点，阐明EGCG对BCSCs扩散性、自我更新和致瘤性的药理学作用及分子机制，并建立三维培养BCSCs药物筛选体系。本项目研究结果不仅为EGCG应用于临床治疗乳腺癌提供理论依据，而且还能为绿茶其它抗癌成分筛选奠定基础。

本项目主要开展组织细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）水凝胶材料应用于癌细胞3D培养和组织工程，以及茶多酚EGCG对癌症干细胞（Cancer stem cells，CSCs）抑制效应的研究。基于乳腺癌细胞3D培养体系研究发现，EGCG通过下调关键转录因子的表达而抑制CSCs的迁移侵袭性和自我更新等特性，下调CSCs样细胞含量。本项目制备出肝脏ECM水凝胶材料，含有糖胺聚糖、纤连蛋白、层黏连蛋白、透明质酸、I型、III型和VI型胶原蛋白等ECM主要成分；基于水凝胶材料构建出肝癌细胞3D培养模型；在3D条件下，癌细胞过表达上皮-间质转化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）和CSCs标志基因而增强迁移侵袭性和自我更新特，对顺铂、紫杉醇、丝裂霉素、盐酸表柔比星和5-氟尿嘧啶等强耐药性；在3D条件下发现，EGCG对CSCs迁移侵袭性、自我更新和抗药性等特性具备抑制效应。本项目制备出的肺ECM水凝胶材料含有糖胺聚糖、胶原蛋白、纤连蛋白和层黏连蛋白等ECM功能组分，并应用于肺癌细胞3D培养体系的构建；在3D条件下，癌细胞形态由背负极性变成前后极性，过表达EMT关键基因而表现出更强的迁移侵袭性，上调CSCs标志基因的表达水平而获得更强的自我更新，CD133+样干细胞含量明显增多，对顺铂、丝裂霉素、盐酸表柔比星和5-氟尿嘧啶等药物具备强耐药性，证实基于肺ECM水凝胶材料的3D培养体系能增强CSCs特性的表达。本项目利用胃、子宫、膀胱、肠系膜、结肠、小肠、食管和皮肤等器官组织制备出相应的ECM水凝胶材料，具备良好的细胞相容性。本项目将水凝胶制备成有序性3D材料并应用于脊髓损伤修复，探究水凝胶材料在组织工程领域的应用。有序性3D材料能引导神经元细胞方向性延伸轴突，联合BDNF能促进大鼠脊髓半横断损伤后神经丝再生和方向性延伸，促进大鼠运动功能恢复。本项目研究结果既能构建出基于ECM水凝胶的癌细胞3D培养体系，应用于CSCs靶向药物评价、抗癌药物筛选和新药研发等领域，也能为组织工程、3D打印和干细胞分化等领域提供具备组织特异性的ECM水凝胶材料。