Wnt信号通路受体Lgr5已被证实是多种成体组织干细胞的标记分子,但乳腺中的Lgr5阳性细胞是否为具有多潜能的乳腺干细胞目前仍未有定论。为解决这一问题,本论文建立了一种基于Lgr/R-spondin的组织类似物(tissue organoids)的体外3D培养体系,利用该体系对来自Lgr5-lacZ转基因小鼠乳腺的Lgr5阳性细胞进行培养,发现单细胞可以8±1%的效率形成组织类似物。对组织类似物进行细胞类群分析发现,单个Lgr5阳性细胞可分化形成乳腺基底细胞(basal),腔细胞(luminal)以及luminal祖细胞(c-Kit细胞);组织类似物具有腔细胞排列在内部而基底细胞围绕在外周的正常乳腺腺管类似的结构。通过连续传代实验发现,Lgr5阳性细胞在传代过程中保持以8-12%的效率生成的组织类似物,具有持续传代的能力。相比之下,Lgr5阴性乳腺细胞虽然也能形成初始组织类似物,但效率较低(4±2%),且其中大多为luminal型细胞,没有类似乳腺管的规律性细胞排列;传代后Lgr5阴性细胞形成组织类似物的能力丧失。本研究表明Lgr5阳性乳腺细胞具有分化成乳腺中各种细胞的潜能以及自我更新的能力,具有多潜能干细胞的特性。进一步,本论文发现Lgr5阳性细胞在乳腺的不同发育时期均集中分布于乳腺发育的起始位置乳头附近,推测可能是Lgr5阳性细胞不对等分裂产生的自身细胞留在乳头部位,分化细胞沿乳腺管延伸的方向分布,最终形成乳腺管结构。由于复发和转移率高,目前乳腺癌仍是导致女性死亡的第一大癌症。研究表明,Lgr5的高表达与乳腺癌转移有密切关系,但目前尚无确切证据表明Lgr5阳性肿瘤细胞直接参与肿瘤转移。为阐明这一问题,本论文以luminal B型乳腺癌中的Lgr5阳性肿瘤细胞为研究对象,通过体外3D培养发现该类细胞能够形成侵袭性的组织类似物,即组织类似物中部分细胞能侵袭到周围基质中并形成新的组织类似物,这与肿瘤的原位转移过程类似;细胞迁移与侵袭实验(Transwell)也证明了Lgr5阳性肿瘤细胞迁移和侵袭效率分别是阴性肿瘤细胞的4倍和6倍;小鼠尾静脉注射实验发现Lgr5阳性肿瘤细胞形成肺部肿瘤的效率(67%)远高于阴性细胞(11%);另外,乳腺原位接种的Lgr5阳性肿瘤细胞能以100%的概率发生肺部转移,而阴性细胞只有33%的转移率。以上数据说明Lgr5阳性肿瘤细胞具有较强的侵袭转移能力。进一步,本论文分析了Kaplan-Meier数据库中乳腺癌病人的临床数据,发现Lgr5高表达的乳腺癌病人发生转移的概率显著高于低表达的病人(P<0.05),且总体生存期低于低表达的病人(P<0.05)。综上,本论文认为Lgr5阳性肿瘤细胞更容易导致乳腺癌转移,靶向杀死该类群细胞有望提高乳腺癌的治疗效果,为其临床治疗开辟新的思路。