靶向肺癌干细胞的小分子化合物筛选及其机制研究

Lung cancer is the most severe malignant tumor in China with both the highest incidence and mortality in man and female. Cancer stem cells (CSCs) are believed to be responsible for cancer initiation, metastasis and resistance. However, current medical solutions to lung cancer are quite limited, e.g. chemotherapy, surgery, targeted therapy, which are unable to prevent therapeutic resistance and cancer relapse. Therefore, here we would propose to screen and characterize small molecule compounds specifically targeting against lung CSCs (LCSCs). The proposed study includes three specific aims: 1) to screen new, targeted lead compounds against LCSCs from a compound library. 2) to clear the cellular biological characteristics of the candidate compounds for targeting LCSCs (self-renewal, differentiation and cell cycle). 3) to characterize LCSCs-targeting mechanisms and direct target site by identified candidate compounds (with many functional assays, including RNAseq, overexpression, shRNA knockdown, Cas9 knockout, sphere forming and replating, in vivo serial orthotopic xenograft assay and transgenic murine models). This study could address the key challenges in the field of lung cancer stem cells and will be helpful to develop novel and better therapies for lung cancer.

肺癌是当前危害人类生命健康最严重的恶性肿瘤。癌症干细胞（Cancer stem cells, CSCs）被认为是恶性肿瘤发生、复发及转移的根源，而且临床抗癌药物及放化疗对癌症干细胞无效，导致耐药。所以本项目包括三个关键目标：1）寻找并明确抑制或杀灭肺癌干细胞的新的、特异性的靶向候选先导化合物。2）阐明目标1中筛选得到的候选化合物对肺癌干细胞的细胞生物学特性（自我更新、细胞分化、细胞周期等）的影响。3）研究发现先导化合物的直接作用靶标并阐明候选化合物靶向肺癌干细胞的分子作用机制。通过体内外多种研究方法（RNAseq、过表达、ShRNA 敲低、Cas9敲除技术、肿瘤悬浮球传代、肿瘤原位异体移植和基因工程小鼠模型）研究候选化合物的作用信号通路。本课题将促进针对肺癌干细胞靶向治疗药物的开发，增进我们对肺癌干细胞分子调控机理的认识。

肺癌作为最常见的原发性恶性肿瘤，已成为世界上发病率和死亡率增长最快的恶性肿瘤疾病，是当前危害人类生命和健康的最大杀手。目前肺癌的发病原因仍不是非常明朗，肺癌病因学研究显示吸烟、大气污染、职业因素、家族遗传、肺部慢性疾病等都与肺癌的发生相关，尤其是近年来严重的环境污染已成为当前肺癌发生的重要原因。因此，肺癌的预防和治疗已经成为当前临床和科研迫切需要解决的重要民生问题。癌症干细胞（Cancer stem cells, CSCs）理论已成为当前癌症研究的一个热点。癌症干细胞被认为是恶性肿瘤发生、复发及转移的根源，而且临床抗癌药物及放化疗对癌症干细胞治疗无效，导致耐药的产生。本课题包括三个关键目标：1）寻找并明确抑制或杀灭肺癌干细胞的新的、特异性的靶向候选先导化合物。2）阐明目标1中筛选得到的候选化合物对肺癌干细胞的细胞生物学特性（自我更新、细胞分化、细胞周期等）。3）研究发现先导化合物的直接靶标并阐明候选化合物靶向肺癌干细胞的分子作用机制。针对肺癌的两大突变类型EGFR及KRAS，本课题已从2000多种杂环小分子化合物库中，得到1个靶向EGFR突变的肺癌小分子化合物，其在体内小鼠移植瘤实验中表现出了非常好的效果。此部分工作已于2017年7月，以第一作者身份发表在Bioorganic Medicinal Chemistry期刊上。针对KRAS突变，目前已得到2个候选小分子化合物，其在体外3D肿瘤球培养（肿瘤干细胞富集体）中几乎能够抑制90%以上的肺癌细胞系悬浮球的形成及其自我更新能力。本课题研究成果将促进肺癌靶向治疗药物的开发，增进我们对不同基因型突变的肺癌及肺癌干细胞分子调控机理的认识。