背景及目的:肿瘤干细胞（Cancer Stem Cells,CSCs）是肿瘤组织中具有自我更新、多向分化能力的一部分肿瘤细胞。与普通肿瘤细胞相比,肿瘤干细胞具有更强的自我更新、侵袭、迁移和耐药能力,常规的内科和放射治疗很难彻底清除肿瘤干细胞,残留的肿瘤干细胞可在肿瘤原发灶或转移至新部位形成新的肿瘤组织,所以,肿瘤干细胞是肿瘤复发、转移和耐药的主要原因,最终导致治疗失败。因此,肿瘤干细胞是肿瘤治疗的重要靶点,肿瘤干细胞干性维持机制的研究也是肿瘤学的研究热点。本课题的首要目标即为研究肿瘤干细胞干性维持的分子机制,鉴定新的肿瘤干细胞药物靶点,为肿瘤精准治疗提供理论基础。SOX（SRY-related HMG-box genes,SOX）是一个由转录因子组成的家族,包含9个小类共20个家族成员。SOX家族成员的分子功能多与机体发育和细胞命运决定相关,是干细胞干性调控的重要分子。SOX家族多个成员与肿瘤发生、进展相关。其中,SOX4已经被证明与多个瘤种的肿瘤细胞分裂、生长、细胞周期、迁移、侵袭和耐药相关,是肿瘤生长和进展中的一个重要分子。但SOX4是否与肿瘤干细胞的干性调控相关还尚未可知。本课题的第二个目标则是鉴定SOX4是否为肿瘤干细胞干性维持的重要基因,是否是抑制肿瘤干细胞的重要靶点。另外,SOX4是转录因子,目前的药物设计技术难以精准抑制某一转录因子,直接抑制SOX4的策略难以实施,而抑制SOX4下游与肿瘤干细胞干性调控相关的主要通路则是可行的SOX4抑制策略。因此,本课题的第三个目标则是阐明SOX4下游与肿瘤干细胞干性调控相关的主要通路,为靶向SOX4抑制肿瘤干细胞提供科学依据。方法:课题首先以从HCT-116和HT-29结直肠癌细胞中分离的结直肠癌干细胞（Colorectal Cancer Stem Cells,CRC-SCs）为细胞模型,建立了SOX4过表达和对照细胞株,通过微球形成、多代微球形成、有限稀释法（limiting dilution analysis,LDA）、干细胞标志物表达水平检测等实验研究了SOX4对细胞干性表型的调控作用。随后通过质谱和生物信息学研究了SOX4对HCT-116微球细胞的蛋白质组学调控。最后通过补救实验和荧光素酶报告基因、染色质共沉淀等方法研究了SOX4调控下游靶点的分子机制。结果:课题首先发现SOX4过表达可增强结直肠癌细胞的微球形成能力、多代微球形成能力、体内外自我更新能力和干细胞标志物表达水平,证明SOX4对肿瘤干细胞的干性维持具有促进作用。随后,通过蛋白质组学研究,课题发现SOX4正向调控HDAC1相关的多条信号通路,证明HDAC1是SOX4调控肿瘤干细胞干性的潜在下游靶点。通过补救实验,课题发现HDAC1沉默可削弱SOX4的干性促进作用,证实HDAC1对SOX4的主要介导作用。课题进一步发现HDAC1过表达与SOX4过表达产生了类似现象,且HDAC1高表达预示病人的不良预后,再次证实HDAC1是癌基因,且对SOX4的干性促进功能起主要介导作用。最后,课题发现SOX4直接结合HDAC1启动子区域增强HDAC1启动子的转录功能,且该机制在多个瘤种的肿瘤干细胞中保守。结论:课题首先证明SOX4是维持肿瘤干细胞干性的主要基因,随后证实HDAC1具有相似的干细胞干性维持功能,并作为SOX4的下游基因介导SOX4的肿瘤干细胞干性维持功能,且SOX4-HDAC1通路轴在多个瘤种的肿瘤干细胞中保守。因此,课题揭示了SOX4-HDAC1通路轴这一新的肿瘤干细胞干性维持机制,并提示HDAC1抑制剂是抑制SOX4过表达亚型肿瘤干细胞干性的潜在药物。