胶质瘤干细胞与微血管内皮细胞相互作用及机制的研究

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恶性胶质瘤是目前严重危害人类健康的中枢神经系统常见肿瘤。尽管近年来采用手术加放疗、化疗的综合治疗的方案,使胶质瘤患者的生存率有所提高,但大多数患者的预后仍然不理想,仍存在术后复发、对放疗不敏感及化疗药物耐受等问题。近年肿瘤干细胞及其微环境理论认为上述这些问题与胶质瘤干细胞(glioma stem cell,GSC)密切相关,而GSC所处的微环境在其中起重要的调节作用。为此本文采用体外transwell双室共培养、PCR、Western-blot、RNAi基因干扰、ELISA检测、细胞增殖和迁移实验及与内皮细胞共同移植的小鼠皮下胶质瘤移植瘤模型等实验技术方法分三个部分探讨了GSC与内皮细胞间的相互作用及可能机制:第一部分是从肿瘤实质细胞的角度出发探讨内皮细胞对GSC干性特征(主要是自我更新能力)的影响及HH通路在其中所起的作用;第二部分是从内皮细胞的角度出发,探讨GSC对内皮细胞增殖迁移能力的影响及HH通路在其中所起的作用;第三部分是探索GSC与内皮细胞相互作用时HH通路激活的可能因素,得到如下主要实验结果及结论:主要结果:1.内皮细胞促进GSC自我更新和胶质瘤细胞干性特征的表达。1.1极限稀释实验结果显示,与对照组相比,与内皮细胞共培养后的GSC形成干细胞球数目明显增多,体积明显增大,尤其在每孔5个(24.3%vs11.3%)和每孔10个细胞(39.4%vs25.8%)的极低浓度下更加明显。与内皮细胞共培养后的GL261细胞形成干细胞球体积也明显增加。1.2小鼠皮下移植瘤实验证明与内皮细胞共注射的GSC成瘤能力更强,瘤体体积显著大于对照组(0.87±0.25cm3VS0.23±0.046cm3)。与内皮细胞共注射的GL261细胞成瘤能力也比对照组显著增强(0.093±0.068cm3VS0.039±0.043cm3)。1.3PCR实验结果发现,与对照组相比,与内皮细胞共培养后GSC的干性基因Olig2和Bmi1表达分别上调4.5倍和2.7倍,Western-blot实验证实上述基因在蛋白水平表达也有明显上调。2. Hedgehog信号通路是介导内皮细胞上述作用的重要通路。2.1PCR与Western-blo实验证实,与对照组相比,与内皮细胞共培养后GSC及GL261细胞内的HH信号通路明显激活,Gli1表达明显上调。2.2RNAi敲低GSC的Smo基因表达,Western-blot检测对GSC的HH通路活性影响,发现与对照组相比,HH通路活性受到显著抑制,Gli1表达明显降低。2.3敲低GSC的Smo基因表达后,体外成球实验证实,与内皮细胞共培养的GSC体外成球大小显著小于Smo未敲低组。2.4Western-blot实验证实,与对照组相比,与内皮细胞共培养后的GL261细胞其干性基因表达上调,敲低Smo基因后可明显抑制上述作用。2.5小鼠移植瘤实验证实,敲低Smo基因表达可抑制内皮细胞对GL261细胞移植瘤的成瘤能力的促进作用。3. Bmi1基因在内皮细胞促胶质瘤细胞干性表型中起到一定作用。3.1内皮细胞促进GL261细胞干性表型时其Bmi1表达上调。3.2RNAi技术敲低GL261的Bmi1表达后CD133阳性比例降低(0.78%VS0.05%)。3.3体外成球实验发现,敲低GL261细胞Bmi1基因表达后成球体积变小。4. GSC有增强内皮细胞的增殖和迁移能力的作用。4.1CCK-8增殖实验发现,与GSC共培养后,内皮细胞孔450nm吸光度(0.044,0.072,0.10)在24h、48h、72h均强于对照组(0.033,0.046,0.064)。4.2与对照组相比,划痕实验发现与GSC共培养后的内皮细胞在24h时愈合的速度快于对照组(270μm VS160μm)。Transwell迁移实验发现共培养过的内皮细胞在24h时迁移至小室下层的细胞数增多(260个/视野VS150个/视野)。5. GSC促内皮细胞的增殖和迁移的作用与HH信号通路的激活有关。5.1PCR实验证实,与对照组相比,与GSC共培养后内皮细胞的Gli1基因表达上调9.5倍,Western-blot实验证实了蛋白水平表达明显提高,提示与GSC共培养后内皮细胞HH信号通路激活。5.2RNAi技术敲低内皮细胞Smo基因表达后,cck-8增殖实验发现其72h的吸光度和对照组相比有明显降低(0.027VS0.020)。5.3.RNAi技术敲低内皮细胞Smo基因表达后,划痕实验表明,其迁移能力在8h时(84μm VS53μm)和24h时(173μm VS120μm)均比对照组显著降低。Transwell迁移实验发现其迁移能力在8h(65个/视野VS22个/视野)和24h(244个/视野VS150个/视野)也均明显降低。6.内皮细胞分泌的Shh蛋白在介导Hedgehog通路激活中起重要作用。6.1PCR实验发现,与对照组相比,共培养体系中GSC和内皮细胞内Shh基因表达均有上调(3.8倍,2.0倍)。ELISA实验发现共培养体系的培养上清液中Shh、Hhip浓度均增加。6.2PCR实验发现,共培养时若敲低GSC的Shh基因则对GSC的Gli1基因上调无影响,若敲低内皮细胞Shh基因则GSC的Gli1上调幅度显著降低,提示内皮细胞的Shh在激活GSC的HH通路中起到更重要的作用。结论:1.内皮细胞可通过激活hedgehog通路促进GSC和胶质瘤细胞的干性特征的表达。2. GSC可通过hedgehog通路增强内皮细胞的增殖、迁移能力。3.内皮细胞产生和分泌的Shh蛋白增多可能是上述hedgehog通路激活的重要因素。
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