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前列腺癌是男性生殖系统常见肿瘤之一,在欧美国家中发病率仅次于肺癌,位居世界恶性肿瘤的第三位。迄今为止,对于进展期的前列腺癌仍没有治愈的方法。前列腺癌的骨转移是其晚期症状之一,大多数前列腺癌患者的死亡都是由于肿瘤发生了转移。而正常来说,上皮-间质转化(epithelial mesenchymal transition,EMT)是大多数肿瘤转移的第一步,在肿瘤的侵袭转移过程中发挥着重要作用。大量研究发现多种信号通路参与了肿瘤细胞的EMT过程,如Wnt、TGF-β、Notch信号通路等。在乳腺癌、结肠癌、卵巢癌中均发现转化生长因子-β 1(Transforming growth factor-beta 1 TGF-β1)会引发EMT。TGF-β1信号通路功能的紊乱在前列腺癌进展和转移的过程中发挥了重要作用,并且随着癌细胞的浸润能力的增强,其表达越高,其在前列腺癌细胞中呈过度表达。TGF-β1/Smads信号通路是TGF-β1所介导的经典信号通路,近年来众多研究发现,该信号通路可与多种信号通路发生交联,促进前列腺癌的发生与发展。但涉及EMT的研究却很少,其相关机制也仍然不清楚。Smad3基因为该通路中十分重要的信号分子,与Smad2共同作用,将上游的信号传递到细胞核内,调节着下游基因的表达。而在肿瘤进展中,Smad3基因的表达异常或者功能紊乱很可能与促进肿瘤发生并恶化有密切的关联。但是有关Smad3在前列腺癌EMT中所起的作用从未见过报道。本课题通过研究Smad3对于PC-3细胞EMT发生的调控以及其与细胞周期、细胞凋亡之间的相互作用,了解Smad3对激素非依赖性前列腺癌细胞PC-3的粘附、侵袭、迁移能力以及生长的影响。为解决以上问题,实验内容主要分为以下几个部分:首先选择了一些与细胞粘附、转移相关的基因如EMT标志基因、肿瘤干细胞标志基因、细胞粘附相关因子等,使用Real-time Q-PCR对这些基因的mRNA水平进行检测,发现过表达Smad3后干细胞标志基因SOX2、Notch-1;EMT标志基因N-cadherin、Vimentin;粘附相关基因ICAM-1、Rhoc-1、Axl的表达量也随之增强,而当降低Smad3表达后,这些基因的表达变化则恰恰相反。随后,在前列腺癌细胞PC-3细胞中过表达或者特异性敲除Smad3,通过细胞的粘附实验、划痕实验、以及transwell实验,研究细胞表型变化。发现Smad3可以改变PC-3细胞的粘附、侵袭和迁移能力,并且该调节作用不仅受到TGF-β1的调节,可能还受到其他细胞因子的影响。并且通过Real-time Q-PCR反应发现EMT相关的核转录因子Snail1、SIP1、ZEB1的表达水平均受到Smad3的调控。其次,在有关Smad3对前列腺癌细胞生长的影响这一部分,一方面我们发现在特异性敲除Smad3后,导致细胞周期调控相关的蛋白CyclinD1、CDK2/6的mRNA水平下调,同时通过MTT实验发现siSmad3处理后,PC-3细胞生长速度减慢,存活率下降。并且共转周期蛋白依赖性激酶CDK2/6和周期蛋白cyclinD1也无法恢复Smad3敲除后带来的细胞生长抑制作用。另一方面,为研究Smad3对PC-3细胞的凋亡的影响,分别对过表达和敲除Smad3的PC-3细胞进行凋亡检测,当过表达Smad3后,PC-3细胞的凋亡受到抑制,反之Smad3的敲除可以诱导细胞凋亡的发生。然而有趣的是,在使用TGF-β1激活信号通路后,细胞的凋亡数目增多。这提示着我们Smad3对PC-3细胞的生长调控作用可能不依赖于TGF-β1信号通路。最后,从Smad3与雄激素受体(Androgen Receptor,AR)之间的关系出发,研究Smad3对细胞生长的调控与AR的相关性,发现在LNCaP细胞中AR可以抑制Smad3的表达,而在PC-3细胞中过表达AR后,可以抑制细胞的生长。综上所述,本研究证实Smad3可以通过调节EMT的发生,改变细胞的粘附、迁移以及侵袭能力,促进前列腺癌的转移。并且发现Smad3对PC-3细胞转移能力的影响不仅受到TGF-β1的调控,还可能受其它的细胞因子的调节。在生长方面,Smad3可能通过调节Cyclins、CDKs的表达,调控细胞周期;并且由非TGF-β1信号途径调节细胞的凋亡。