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前列腺肿瘤是发达国家中引起成年男性死亡的第二大肿瘤;在我国随着生活水平的提高以及人口老龄化的加重,前列腺肿瘤的发病率和死亡率有明显上升。抗雄性激素治疗是目前常用的治疗前列腺肿瘤的方法。在治疗初始阶段,5-α还原酶抑制剂或者雄性激素受体拮抗剂能够很好的抑制肿瘤的生长。但是一段时间之后,前列腺肿瘤细胞就会产生耐药性,对雄性激素阻断疗法不再敏感,称为雄性激素非依赖性。另外,在前列腺肿瘤发展过程中,肿瘤细胞容易转移到肺,肝脏,骨髓和淋巴结等。前列腺肿瘤细胞的转移(Metastasis)以及对雄性激素的非依赖性(Castration resistance)是前列腺肿瘤治疗的难点也是前列腺肿瘤致死的主要原因。因此,寻找能够调节前列腺肿瘤细胞转移和雄性激素非依赖性的信号通路及其特异性的小分子阻断剂是治疗前列腺肿瘤的关键。前列腺上皮细胞的发育过程与前列腺肿瘤发生往往有着相似的信号通路调节。已有的研究表明Wnt信号通路,Sonic Hedgehog信号通路及Notch信号通路既能够调节前列腺的发育也能够调节前列腺肿瘤的生长。例如,Wnt信号通路激活能够促进前列腺上皮干细胞的增殖,而抑制干细胞的分化;同时Wnt信号通路激活也能够促进前列腺肿瘤细胞的增殖和雄性激素非依赖性生长。Notch信号通路能够促进前列腺上皮干细胞的分化,激活Notch信号通路能够抑制前列腺肿瘤细胞PC3,DU145和LNCaP细胞的增殖。而前列腺间质细胞产生的旁分泌Sonic Hedgehog信号通路激活能够抑制前列腺上皮干细胞的增殖,而促进上皮干细胞的分化。在前列腺肿瘤中,激活的Sonic Hedgehog信号通路能够促进肿瘤细胞的增殖和迁移。在本课题中,我们在小鼠前列腺上皮细胞和人体前列腺肿瘤细胞中存在具有功能的自分泌乙酰胆碱信号通路,我们分为两部分,分别研究自分泌乙酰胆碱信号通路在前列腺发育和前列腺肿瘤中的作用。在前列腺发育中,我们采用组织培养的方法(Organotypic Culture)来研究自分泌乙酰胆碱信号通路对前列腺发育的影响。与对照组相比,我们发现激活自分泌乙酰胆碱信号通路能促进前列腺分支的形成(Prostatic Branching Morphogenesis),而抑制自分泌乙酰胆碱信号通路能抑制前列腺分支的形成。通过组织培养及谱系追踪实验(Lineage tracing),我们发现激活自分泌乙酰胆碱信号通路能促进前列腺上皮干细胞(Epithelial Progenitor cells)的增殖,而抑制上皮干细胞的分化。在前列腺干细胞成球培养中(Organoid Culture),我们发现激活自分泌乙酰胆碱信号通路能增加上皮干细胞的成球效率。另外我们通过肾包膜(Renal Capsule)进行前列腺重组实验发现,将自分泌乙酰胆碱信号通路阻断后,再生的前列腺组织体积和质量更小,并且重组的上皮细胞中,基底细胞的比例更少。进一步研究发现,自分泌乙酰胆碱信号通路通过钙离子信号通路来影响前列腺的早期发育。将钙调蛋白(Calmodulin,CaM)抑制后,能抑制自分泌乙酰胆碱信号通路激活引起的前列腺分支增多及上皮干细胞增殖增加。随后,我们发现CHRM3在很大一部分人体前列腺良性增生(Benign Prostatic Hyperplasia,BPH)组织中表达高于正常前列腺组织,激活CHRM3能引起钙离子信号依赖性的Akt磷酸化,从而促进BPH细胞的增殖。这些研究结果表明自分泌乙酰胆碱信号通过影响Akt的磷酸化来调节前列腺的早期发育并且影响BPH细胞的生长。在前列腺肿瘤中,我们发现CHRM3在前列腺肿瘤组织中表达水平显著高于癌旁组织。采用毒蕈碱受体的激活剂卡巴胆碱(Carbachol)激活CHRM3或者过表达CHRM3都能促进PNT1B和PC3细胞的增殖,而通过CHRM3的选择性拮抗剂达非那新(Darifenacin)抑制CHRM3或者采用shRNA干扰CHRM3既能在体外也能在体内抑制前列腺肿瘤细胞PC3和22Rv1的生长。在划痕实验(Scratching Test)和细胞迁移实验(Transwell Assay)中,我们发现过表达CHRM3能促进PNT1B细胞的迁移,而将CHRM3干扰后,PC3细胞的迁移能力显著减弱。最重要的是我们发现CHRM3在雄性激素非依赖性的前列腺肿瘤细胞中的表达水平显著高于与其配对的雄性激素依赖性的肿瘤细胞。并且经过去势处理后,前列腺肿瘤细胞PC3-AR~+中CHRM3的表达水平要高于未处理的PC3-AR~+细胞。过表达CHRM3能促进肿瘤细胞PC3-AR~+的雄性激素非依赖性生长。而将CHRM3干扰或者采用抑制剂Darifenacin处理则能抑制肿瘤细胞PC3的雄性激素非依赖性生长。最后,我们发现激活CHRM3能引起钙离子信号通路依赖性的Akt磷酸化。上述研究表明,抑制CHRM3可能成为治疗前列腺肿瘤,尤其是雄性激素非依赖性前列腺肿瘤的辅助手段。