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研究背景与意义:结直肠癌(CRC)发生的分子机制尚不十分清楚,其发病原因和病因错综复杂,目前认为是在机体的内因与环境的外因相互作用的结果。近年来有越来越多的证据表明,结直肠癌干细胞的存在可能是导致肿瘤发生进展的重要原因之一。结直肠癌干细胞是肿瘤内非常小部分的细胞亚群,具有自我更新、形成异质性亚群,强耐药性并形成肿瘤的能力,因此它可能是肿瘤发生、耐药、转移和复发等各种恶性行为的源头。很多研究证实,Smad4作为TGF-β超家族信号通路中的关键分子,它的突变与结直肠癌的侵袭和转移密切相关,但是在结直肠癌干性中的调控机制尚不清楚。阐明Smad4对结直肠癌干性的影响及其信号调控机制,探索预防和治疗结直肠癌的方法具有重要的意义。研究方法:我们通过构建Smad4过表达的结肠癌细胞SW480-Smad4和SW620-Smad4和Smad4敲减的细胞HCT116sh2,利用CCK8、克隆形成、微球体形成、Western blot、荧光定量PCR和流式细胞术等实验方法检测Smad4对结肠癌细胞干性的影响。为更进一步探究Smad4在结肠癌细胞干性中的调控机制,我们通过高通量测序的方法寻找到差异表达的基因,并构建ID3基因敲减的结肠癌细胞模型,然后利用同样的实验方法检测结肠癌细胞干性特征的变化。结果:过表达Smad4后,结肠癌SW480和SW620细胞的增殖、克隆形成和微球体形成能力受到抑制,敲减Smad4后,结肠癌HCT116细胞的增殖、克隆形成和微球体形成能力得到增强。同时,Smad4在蛋白水平上抑制了干性基因CD133、EPCAM、CD44 的表达,在转录水平上抑制了 CD133、EPCAM、CD24、CD44、CD166、ALDH1等干性基因的表达。通过高通量测序发现,在结肠癌SW620细胞中,Smad4促进了分化抑制因子-3(ID3)的表达。通过构建ID3敲减的结肠癌细胞模型发现,敲减ID3增强了结肠癌细胞的增殖、克隆形成和微球体形成能力,促进了干性基因CD133、EPCAM在蛋白水平的表达,促进了 CD133、EPCAM、CD24、CD44、CD166、ALDH1 在转录水平的表达。结论:Smad4可能通过调控ID3基因的表达从而抑制结肠癌细胞的干性。