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转移是导致肿瘤治疗失败的主要原因。尽管肿瘤幸存者的数量在持续增加,但仍然时刻面临着肿瘤再转移导致死亡的威胁。而且,迄今仍没有一种理想的肿瘤转移预防药物可用于临床治疗,其主要原因之一是现有肿瘤基础理论研究无法满足肿瘤转移预防药物研发工作者的需求。因此,有必要开展肿瘤转移预防的理论和药物研究。本论文拟对循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells,CTCs)和肿瘤微环境(包括血液微环境和组织微环境)进行研究,探索CTCs的生物学特性和循环动力学规律,并初步探究肿瘤微环境(炎症因子刺激、血小板活化和TGF-β诱导等)对肿瘤转移进程的调控作用。试图阐明肿瘤转移的关键机制,并建立肿瘤细胞从低转移活性到激活并转移的动力学理论,为肿瘤转移的预警和预防研究提供理论基础。在此基础上,本论文还探究了斯诺普利(S-nitrosocaptopril,CapNO)在预防肿瘤转移中的潜在应用,为肿瘤转移预防药物研发提供新的思路。本论文具体研究内容如下:一、基于循环肿瘤细胞的肿瘤转移动力学研究(1)结合免疫磁珠阴性富集和流式细胞分选术,建立对CTCs进行同步计数、分离和表型分析的方法,并对结肠癌患者外周血样本进行研究,发现CTCs的数量及其表面蛋白CD44的表达与肿瘤的恶性程度密切相关,表明CTCs可以作为一种有效的预测肿瘤患者病程的诊断指标。(2)动态追踪小鼠血液循环系统中CTCs数量与时间的关系,建立CTCs循环动力学方程;结合药代动力学非房室模型进行研究,发现CTCs能够与组织器官特异性结合。对小鼠肿瘤转移模型、CTCs在特定器官的分布情况和血液循环规律进行研究,发现尾静脉注射的CTCs聚集在小鼠肺部并首先在肺部形成转移灶,说明CTCs的循环规律、肿瘤转移器官特异性与血液循环规律之间可能具有密切相关性。二、基于肿瘤微环境的肿瘤转移动力学研究(3)对CTCs在血管内膜粘附过程进行研究,发现炎症因子和血小板活化能够促进肿瘤细胞在内皮细胞上的粘附。进一步的机制研究发现,炎症因子通过调节NF-κB信号通路激活内皮细胞表面粘附分子ICAM-1、VCAM-1和E-selectin的表达,从而促进CTCs的粘附,并且多种炎症因子共同作用具有协同效应或者累加效应;血小板活化能够增强血小板-肿瘤细胞聚集体的形成,该过程是通过血小板表面P-selectin和肿瘤细胞表面Sialyl Lewis的相互配对完成的,并且血小板-肿瘤细胞相互作用后能够促进TGF-β的分泌并激活pSmad蛋白的表达。(4)TGF-β可诱导HCT116细胞发生EMT,从而增强细胞的转移活性,并促进HCT116细胞能量代谢重组,增强细胞的糖酵解代谢能力。当氧化磷酸化代谢(OXPHOS)供能途径被抑制时,TGF-β诱导的高转移性HCT116(T-HCT116)细胞能够进一步激活糖酵解代谢,并且抑制细胞分裂和增强细胞迁移,使其更有效的利用有限的能量。(5)采用来自同一结肠癌患者的SW480(原位癌)和SW620(淋巴转移)细胞株研究不同转移活性细胞在肿瘤微环境中代谢能力的差异,结果表明具有高转移性的SW620与T-HCT116表现出类似的生理应激反应,并且SW620比SW480细胞具有更强的微环境适应能力。(6)对肿瘤细胞表面蛋白的表达进行研究,发现CD44、CD133和CD166与肿瘤细胞转移活性相关。三、基于肿瘤转移动力学理论基础,研究CapNO在预防肿瘤转移中的潜在应用(7)结合上述理论基础和CapNO的药理学特性,本论文研究发现CapNO具有舒张血管、抑制NF-κB信号通路调控的内皮细胞粘附分子的表达、抑制血小板活化引起的血小板-肿瘤细胞聚集体的形成、抑制肿瘤细胞己糖激酶的表达并降低其糖酵解代谢活性、以及抗凝血的作用,并且具有较低的细胞毒性;进一步通过同源性小鼠肿瘤转移模型研究发现,CapNO能够有效的抑制小鼠黑色素瘤和结肠癌的肺转移,表明CapNO具有潜在的预防肿瘤转移的作用。综上所述,本论文建立了肿瘤转移动力学理论,并初步研究了肿瘤微环境对肿瘤转移的调控作用。血液中的CTCs根据血液循环规律停滞在特定器官,随后在炎症因子的诱导下CTCs与内皮细胞通过受体-配体特异性结合引起特定的生理反应,同时血小板参与CTCs在血管内膜的粘附过程并促进TGF-β的释放,从而诱导肿瘤细胞发生EMT并促进肿瘤细胞代谢重组,促使肿瘤细胞适应新的肿瘤微环境并适时形成微转移灶。肿瘤转移动力学理论的构建为肿瘤转移药物的研发提供了重要的理论基础,CapNO潜在的肿瘤转移预防作用也进一步说明该理论具有重要的指导意义,并为肿瘤转移预防药物的研发开辟了新的研究思路。