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目的:非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)具有死亡率高、预后差的特点,仍是世界性难题。间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)具有向肿瘤部位归巢、免疫原性低等特点,是一种理想的肿瘤治疗种子细胞。相比于传统的二维细胞培养,三维细胞培养可以使MSCs呈立体生长状态,更好地模拟体内微环境。同时,课题组前期研究发现,三维培养的MSCs(three-dimensional cultured MSCs,3D-MSCs)基因表达谱发生显著变化,其中白介素24(interleukin 24,IL-24)基因表达上调倍数最高,达到20.6倍。IL-24对多种肿瘤具有抑制作用。然而,基于3D-MSCs分泌的IL-24对NSCLC细胞系的抑制效应及其分子机制尚不清楚。因此,本论文旨在探究MSCs在三维培养条件下对NSCLC细胞系的抑制效应,并进一步研究基于3D-MSCs分泌的IL-24的抑制机制,为3D-MSCs应用于肿瘤治疗提供实验依据。方法:本论文探究了两种组织类型的NSCLC细胞系,即肺大细胞癌细胞系NCI-H460和肺鳞癌细胞系SK-MES-1。首先,利用MTT、平板克隆形成实验和划痕实验探究3D-MSCs与2D-MSCs对NSCLC细胞系增殖和迁移能力的影响。然后,利用RT-PCR检测NSCLC细胞系中IL-24受体IL-22R1、IL-20R2的表达。随后,根据GenBank中IL-24的序列设计引物,利用RT-PCR从MSCs中获取IL-24 cDNA,构建过表达质粒pIRES2-EGFP-IL-24和沉默质粒pGPH1-EGFP-IL-24,将此过表达质粒和沉默质粒分别转染入MSCs,从而获得过表达IL-24的MSCs(MSCs-O)和沉默 IL-24 的 MSCs(MSCs-S),并利用 Western blot 检测 MSCs、MSCs-O和MSCs-S的IL-24表达。最后利用RT-qPCR和Westernblot方法探究3D-MSCs和2D-MSCs对NSCLC细胞系的抑制机制。结果:(1)MTT结果显示,3D-MSCs对NCI-H460和SK-MES-1细胞系的增殖有显著的抑制作用,对两种细胞系的抑制率分别为44.6%和39.6%。(2)平板克隆实验结果表明,3D-MSCs对NCI-H460和SK-MES-1细胞系的克隆形成能力具有显著的抑制作用。(3)划痕实验结果表明,3D-MSCs对NCI-H460和SK-MES-1细胞系的迁移能力有显著的抑制作用,对两种细胞系的迁移抑制率分别为44.6%和39.6%。(4)RT-PCR结果显示,NCI-H460和SK-MES-1细胞系表达IL-24受体IL-22R1/IL-20R2。(5)通过构建 MSCs-O 和 MSCs-S 探讨 3D-MSCS 分泌的 IL-24对NCI-H460和SK-MES-1细胞系的作用,结果显示,MSCs-O对两种细胞系的增殖和迁移的抑制能力显著增强,而MSCs-S对两种细胞系的增殖和迁移的抑制能力显著减弱。(6)利用Western blot进一步验证抑制机制,结果显示3D-MSCs分泌的IL-24可以影响p38 MAPK和CXCR4/AKT的信号传导途径,在p38 MAPK信号通路中,IL-24通过上调p38 MAPK表达,使下游Bax/Bcl-2上调,从而诱导细胞凋亡机制;在CXCR4/AKT信号通路中,IL-24可以诱导NSCLC细胞系中IL-24mRNA表达,使CXCR4和AKT表达下调,导致增殖相关蛋白c-Myc和迁移相关蛋白MMP2表达下调,从而抑制细胞的增殖和迁移机制。结论:本论文证明了 3D-MSCs对NCI-H460和SK-MES-1细胞系的增殖和迁移具有显著的抑制效应,3D-MSCs分泌的IL-24可以通过p38 MAPK和CXCR4/AKT信号通路发挥肿瘤抑制作用。本论文为3D-MSCs抑制肿瘤的临床应用提供了实验依据和基础。