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乳腺癌是女性中最常见的恶性肿瘤,65%-75%的晚期乳腺癌患者会发生骨转移,引发骨痛、病理性骨折、脊髓压迫等骨相关事件（skeletal related events,SREs）。乳腺癌的骨转移过程及其机制极其复杂,临床上尚无特效的治疗方法,因此急需寻找可以预防和治疗的靶点。精氨酸酶I（Arginase I,Arg1）是一种可以催化L-精氨酸水解为L-鸟氨酸和尿素的酶,其在肿瘤微环境中是由肿瘤相关巨噬细胞释放的。有研究表明敲除乳腺癌细胞MDA-MB-231中的Arg1会显著减少肿瘤细胞的侵袭、血管内浸润和肺内自发转移。然而,Arg1在骨转移中的作用尚未有研究报道。在本研究中,我们旨在探究Arg1介导乳腺癌骨转移生物学进程的作用以及探讨其潜在机制,为临床上乳腺癌骨转移的治疗提供理论依据和新的思路。本研究大致从以下几个方面展开:1.构建骨转移细胞株4T1-luc-BM3。本实验选取了高转移性的小鼠乳腺癌细胞株4T1,利用慢病毒转染萤光素酶（luciferase）,构建带荧光的小鼠乳腺癌细胞株4T1-luc。我们采用心内注射的方法,往健康的雌性Balb/c小鼠左心室注射100ul 4T1-luc细胞（3000细胞/只）,注射10-14天后利用活体成像技术评估造模情况。随后处死小鼠,切除小鼠骨转移灶处组织,提取原代肿瘤细胞。随后体外培养4-5周,产生的细胞在新的Balb/c小鼠再次心内注射。上述这个周期重复三次,构建经历三次骨转移、比4T1-luc更具有骨转移趋势的小鼠乳腺癌骨转移株4T1-luc-BM3。2.Arg1在乳腺癌骨转移中的表达情况的研究。我们将4T1-luc-BM3注射到小鼠的左心室14天后,获取骨转移灶处组织。组织学上,HE染色观察到骨转移灶中骨髓有肿瘤细胞浸润,免疫组化检测发现Arg1在小鼠乳腺癌骨转移样本中表达阳性。同时,我们处死正常健康雌性Balb/c小鼠,取出正常股骨组织。对骨转移处组织（骨转移灶+骨转移灶癌旁）、正常股骨进行RNA-seq分析,发现Arg1在正常股骨组织中低表达,在骨转移中高表达（正常股骨vs骨转移处:5+1.732 vs 1708+1196,P<0.001）。利用q PCR和Western blot技术分别从m RNA水平和蛋白水平检测小鼠骨髓间充质干细胞株BMSCs、小鼠巨噬细胞株Raw264.7、小鼠乳腺癌细胞株4T1-luc、骨转移株4T1-luc-BM3的Arg1水平,发现Arg1在4T1-luc-BM3、4T1-luc-BM3以及Raw264.7中均高表达（BMSCs vs 4T1-luc,P均<0.001;BMSCs vs 4T1-luc-BM3,P均<0.001;BMSCs vs Raw264.7,P均<0.001）。与乳腺癌株相比,骨转移株中Arg1表达显著提高（4T1-luc vs 4T1-luc-BM3,P均<0.05）。3.Arg1抑制剂（S）-（2-boronethyl）-L-cysteine HCl（BEC）对骨转移株4T1-luc-BM3体外增殖与迁移的研究。本实验用CCK8检测法、肿瘤细胞Transwell迁移实验等研究BEC对小鼠乳腺细胞骨转移株4T1-luc-BM3体外增殖、迁移等的影响。研究结果表明,BEC组（100u M）可抑制4T1-luc-BM3细胞的体外迁移（对照组vs BEC组:38.80+5.718 vs 4.20+2.28,P<0.001,）,然而并不影响其增殖（P>0.05）4.Arg1抑制剂BEC对乳腺癌骨转移的体内研究。我们将18只健康的雌性Balb/c小鼠随机平均分成两组:PBS对照组和BEC治疗组。两组小鼠均左心室注射100ul 4T1-luc细胞（3000细胞/只）进行造模。用PBS配制BEC溶液,BEC治疗组造模后立即腹腔注射100ul BEC溶液（300u M）,PBS对照组造模后立即腹腔注射100ul PBS溶液,注射频率为每两天一次。造模12天后,我们用活体成像技术评估PBS对照组和BEC治疗组骨转移情况,用3D微型电脑断层扫描（u CT）评估骨破坏情况。结果表明,BEC组Balb/c小鼠荧光素酶信号明显降低（对照组vs BEC组,P<0.001）。与正常小鼠股骨相比,心内注射肿瘤的对照组和BEC组出现不同程度的骨破坏,BEC组骨破坏程度总体上轻于对照组。5.Arg1抑制剂BEC对Arg1介导乳腺癌骨转移生物学进程的潜在作用及机制探讨。我们将4T1-luc-BM3与RAW264.7用Transwell小室共培养,用100u M BEC对4T1-luc-BM3进行处理,分别观察24小时4T1-luc-BM3及Raw264.7细胞的体外迁移情况,探讨BEC与RAW264.7之间的潜在联系。Transwell小室共培养发现BEC可以明显抑制Raw264.7的促4T1-luc-BM3细胞迁移作用,可能与抑制Raw264.7的迁移有关。以上结果表明,Arg1在乳腺癌中高表达,并且其在骨转移中表达更高。Arg1抑制剂BEC有助于抑制乳腺癌骨转移瘤的体内生长、减少骨转移灶的骨质破坏、延缓乳腺癌骨转移进展。BEC可能通过抑制巨噬细胞Raw264.7的促肿瘤迁移作用,从而抑制4T1-luc-BM3细胞的体外迁移,其机制可能与抑制Raw264.7的迁移有关。