负性共刺激分子PD-L1途径在脑胶质瘤干细胞侵袭性生长中的作用及机制

Glioblastoma is among the most aggressive and highly angiogenetic malignancy of human cancers. Despite surgery and other intensive treatment, the outcome of glioblastoma patients remains dismal. Recent studies have implicated the important role of a small population of glioma stem cells in glioblastoma aggressive growth and recurrence. In our previously study, we have established a CD133+ stem-like glioma cell line expressing high level of inhibitory costimulatory molecule PD-L1 that could suppress T cell proliferation in vitro. Interestingly,stimulation of PD-L1 could promote glioma stem cell proliferation, aggressive growth and angiogenesis. However, the exact mechanism is unclear. Therefore,this project is to focus on the roles and mechanisms of PD-L1 pathway in glioma stem cell proliferation, aggression and differentiation into tumor microvessels. Through the investigation of PD-L1 pathway, the crucial molecules should be identified to illustrate its internal mechanism in aggressive growth of glioma stem cells.On the basis of in vitro study, the function and mechanism of PD-L1 pathway should be further testified by xenograft animal model. In summary, our project is to provide new insight into the glioma stem cell targeted treatment by targeting PD-L1/PD-1 pathway.

胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，以依赖新生血管的侵袭性生长为特点、易复发和预后差。新近研究表明：脑胶质瘤干细胞是脑胶质瘤侵袭性生长和复发的根源。课题组前期工作建立了一株干细胞样胶质瘤细胞株，该株细胞表达重要的负性共刺激分子PD-L1，在体外可抑制T细胞增殖；进而发现通过激发PD-L1分子还可能介导该细胞增殖、侵袭和微血管生成，但确切的机制尚待研究。鉴此，本课题以PD-L1为靶分子，以胶质瘤干细胞为研究对象，从分子、细胞和动物实验等多个层面探讨PD-L1途径如何参与脑胶质瘤干细胞增殖、侵袭以及向内皮细胞分化并促进肿瘤微血管新生；进而通过对PD-L1途径涉及分子的筛选和鉴定，揭示PD-L1途径促进胶质瘤干细胞侵袭性生长的内在机制，并挖掘关键分子或途径；在此基础上，利用小鼠荷瘤模型体内干预并验证体外实验结果，以期为以PD-L1/PD-1为靶点的靶向脑胶质干细胞的治疗提供新思路。

PD-1/PD-L1的负性免疫调节作用是维持机体免疫稳态的重要机制。本项目申报时提出假说：肿瘤干细胞表达PD-L1与肿瘤微环境中免疫细胞表达的PD-1相互作用，不仅通过PD-1信号抑制抗肿瘤免疫应答，还可通过PD-L1信号促进自身增殖、侵袭和肿瘤微血管生成等恶性生物学行为。.项目执行中的主要研究内容：1）体外探讨PD-L1 途径对脑胶质瘤干细胞增殖、侵袭能力和肿瘤微血管生成的生物学效应及其机理；2）分析和探讨胶质瘤干细胞内PD-L1 途径涉及的关键分子；3）建立脑胶质瘤干细胞荷瘤小鼠模型，通过体内实验验证PD-L1途径对脑胶质瘤干细胞恶性生物学行为的影响；4）将项目延伸至基于PD-1/PD-L1途径的免疫病理机制及免疫救治策略的探讨。.所取得的研究结果：组织芯片和免疫组化技术表明PD-L1表达于脑胶质瘤病理分级密切相关；脑胶质瘤临床组织标本中CD133+肿瘤干细胞高表达PD-L1；采用PD-1-Fc激发PD-L1途径，体外可促进脑胶质瘤干细胞增殖、神经球样生长、上调表达细胞膜CD40和mTGF-β和细胞内VEGF及IL-6等与增殖、侵袭、负性免疫调控和血管生成相关的分子；体内外研究表明，激发PD-L1途径可促进脑胶质瘤干细胞增殖并向血管内皮细胞分化；基因芯片结果表明，激发PD-L1途径可促进脑胶质瘤干细胞上调表达与肿瘤干性、胶质瘤生长、基因修复、抗放疗、抗自噬以及肿瘤侵袭和转移等相关基因。另外，建立了干细胞样脑胶质瘤细胞株、研制了人PD-L1基因转染细胞株和单抗以及人PD-L1基因转染细胞株和单抗。延伸性研究结果：通过组织芯片揭示了肿瘤干细胞标记分子LGR5在脑胶质瘤临床病理组织普遍高表达，也在宫颈癌和胰腺癌肿瘤表达；利用研制的抗PD-1抗体，发现T细胞表达PD-1可以作为妊娠糖尿病的病程检测指标；利用间充质干细胞表达PD-L1等负性免疫调控分子和定向趋化作用并联合RSPO1靶向调节肠隐窝干细胞，修复放射性肠上皮损伤。.通过本项目的研究，进一步拓展了对PD-1/PD-L1途径在肿瘤细胞免疫病理过程中作用机制的理解，为靶向干预PD-1/PD-L1途径治疗肿瘤的免疫治疗策略提供实验依据。同时将PD-1/PD-L1途径的相关研究结果应用于其他多种疾病的免疫诊断和免疫干预策略的研究。