侵袭和转移是恶性肿瘤的重要生物学特征,也是导致恶性肿瘤治疗失败和复发的重要原因。高度侵袭性是恶性胶质瘤的重要病理学特征,瘤体边界不清致使手术完整切除难度增大,从而导致肿瘤很快复发,这是患者预后差,复发率、死亡率高的主要原因。结直肠癌是我国最为常见的消化系统恶性肿瘤,晚期常发生淋巴结及肝转移。因此,恶性胶质瘤的侵袭性生长特性和结直肠癌的远处转移特性,是研究侵袭、转移机制的良好材料和模型。近年来,肿瘤干细胞理论的提出及相关研究进展为阐释恶性肿瘤发生及演进机制提供了新视角,肿瘤干细胞被认为是恶性肿瘤侵袭转移的关键细胞。已有研究证明,乙醛脱氢酶1(ALDH1)可作为结直肠癌、乳腺癌、肺癌等恶性肿瘤的肿瘤干细胞分子标记物。然而,ALDH1及其优势亚型ALDH1A1与肿瘤细胞侵袭、转移能力的关系仍然存有争议;同时,其在恶性肿瘤组织中的表达规律及临床病理意义亦有待于进一步阐明。在肿瘤组织中,除了有肿瘤细胞构成的肿瘤实质外,还含有非肿瘤细胞的间质成分。这些肿瘤间质成分包括脂肪、成纤维细胞、血管、淋巴管以及浸润到肿瘤实质中的免疫细胞(如骨髓源性抑制细胞、巨噬细胞、DC细胞、NK细胞、T细胞等),我们称之为肿瘤微环境,它参与调控肿瘤生长、演进、侵袭、转移及放化疗抵抗。近年研究表明,肿瘤微环境中浸润的肿瘤相关巨噬细胞(Tumor associated macrophages,TAMs)对于肿瘤侵袭转移非常关键。我们在胶质瘤的研究中发现,TAMs高表达于侵袭前沿,并通过分泌TGF-β,促进胶质瘤干细胞侵袭。然而,ALDH1A1是否参与调控肿瘤干细胞与TAMs相互作用,TAMs与ALDH1A1阳性肿瘤细胞之间的位置分布关系尚不得而知。为了系统阐释ALDH1A1调控恶性肿瘤侵袭转移作用及机制。我们分别以恶性胶质瘤作为肿瘤侵袭模型,以结直肠癌作为肿瘤转移模型,观察了ALDH1A1在肿瘤组织及瘤旁组织的表达规律,分析了ALDH1A1不同表达模式的临床病理意义及对肿瘤侵袭转移能力的预测机制,研究了ALDH1A1阳性细胞与M2型TAMs的位置分布特征,并通过体外实验及建立移植瘤模型探讨了ALDH1A1对恶性肿瘤侵袭转移能力的调控作用及相关分子机制。本研究分为两部分,主要研究结果及结论如下:第一部分:aldh1a1在人脑胶质瘤中的表达及其在胶质瘤侵袭中的作用和机制研究1.aldh1a1的表达同胶质瘤组织学分级呈正相关,与患者预后呈负相关。我们在117例低级别胶质瘤(whoi-ii)以及120例高级别胶质瘤(whoiii-iv)中研究发现,aldh1a1在约8.5%(10/117)的低级别胶质瘤中呈高表达,而在34.2%(41/120)的高级别胶质瘤中高表达,两者间差异显著,具有统计学意义。另外,通过病人随访数据分析发现,aldh1a1表达高者,患者预后差。ald1a1的表达具有空间分布特异性,在胶质瘤侵袭前沿其阳性细胞数量及染色强度上均显著强于肿瘤中间部位(49%±6%vs.14%±3%,p<0.0001)。2.aldh1a1的表达同胶质瘤母细胞瘤的分子分型相关,在“classical-like”亚型中显著高表达。胶质母细胞瘤的分子分型是近年肿瘤分子学研究的重要进展,为胶质瘤预后判定、放化疗个体化方案的制定提供了更可靠和有效的参考指标。我们采用免疫组织化学染色(tp53、pdgfra、egfr)的方法对72例胶质母细胞瘤进行了分子分型。将tp53和/或pdgfra阳性的病例归入“pronural-like”型;将前两者阴性,egfr阳性者归入“classical-like”型;三者都阴性归于“other”。研究结果表明,84.6%(11/13)的“classical-like”型的胶质母细胞高表达aldh1a1,“other”型胶质母细胞中高表达aldh1a1仅占21.%(5/23),而“pronural-like”型中高表达aldh1a1也仅有11.1%(4/36)。统计结果表明,aldh1a1的表达状态和胶质母细胞瘤的分子分型密切相关(p=0.0001)3.aldh1a1促进胶质瘤细胞增殖及克隆形成。研究发现,aldh1a1阳性的胶质瘤细胞克隆形成能力显著强于阴性肿瘤细胞,在胶质瘤细胞系u251(16.3%±3.2%vs.7.1%±1.5%,p<0.05)和一例原代胶质母细胞瘤(8.4%±0.9%vs.4.1%±0.6%,p<0.05)中的结果均具有统计学差异。通过免疫组化染色对237例胶质瘤标本进行分析,发现aldh1a1的表达和ki67增殖指数密切正相关(53.6%vs.30.5%;p<0.05),aldh1a1高表达者,ki67阳性肿瘤细胞数更多。4.aldh1a1通过影响侵袭相关分子mmp2、mmp7、mmp9的表达而促进胶质瘤细胞侵袭;胶质瘤侵袭前沿aldh1a1表达高者,患者预后差。aldh1a1阳性的胶质瘤细胞侵袭能力显著强于阴性肿瘤细胞,在胶质瘤细胞系u251(178.2±18.1vs.41±5.9,p<0.01)和一例原代胶质母细胞瘤(110.3±12.6vs.56.9±8.9,p<0.01)中的结果均具有统计学差异。进一步研究表明aldh1a1高表达的肿瘤细胞中,mmp2、MMP7、MMP9等侵袭相关分子无论在RNA水平还是蛋白水平都显著上调。在临床标本中,肿瘤侵袭前沿ALDH1A1的表达显著的强于肿瘤中央(49%±6%vs.14%±3%,p<0.0001)。在瘤旁正常脑组织中检测到散在ALDH1A1表达的病人预后显著差于阴性者。5.ALDH1A1的表达同IDH1的突变状态相关,野生型IDH1的病例,ALDH1A1阳性比率高于突变型的病例。既往研究表明,IDH1突变的病人,其放化疗敏感性增强,预后较好。对56例胶质瘤标本进行了IDH1突变状态检测,发现,IDH1的突变率为35.8%(20/56);在IDH1发生突变的病例中,ALDH1A1高表达占40%(8/40);在IDH1野生型中,ALDH1A1高表达占72.2%(26/36),差异显著。结果表明,ALDH1A1的表达和IDH1的突变状态有相关性。第二部分:ALDH1A1在结直肠癌中表达及其在促进结直肠癌转移中的作用和分子机制研究。1.通过检测406例结直肠癌标本中ALDH1A1表达情况,发现此分子在结直肠癌与癌旁组织的表达具有异质性。癌组织ALDH1A1表达高于癌旁组织时,肿瘤转移能力强、恶性程度高,且患者预后差。2.通过检测249例结直肠癌标本中ALDH1A1与转移相关分子β-catenin的表达情况,发现癌组织ALDH1A1表达癌旁组织的病例,其β-catenin蛋白定位于肿瘤细胞核内的比例显著提高(36.0%(45/125,RA/C<1)vs.16.9%(21/124,RA/C≥1))(P<0.01),提示β-catenin入核可能是这部分病例高转移的分子机制之一。3.以CD163作为M2型巨噬细胞标志物,分析105例结直肠癌标本中ALDH1A1表达和M2型巨噬细胞浸润的关系,发现肿瘤细胞ALDH1A1表达量和CD163阳性的巨噬细胞浸润程度呈正相关性。在RA/C<1这一亚型的结直肠癌标本中,其M2型巨噬细胞浸润越多,癌细胞更易发生淋巴结和远处转移,患者预后越差(33.6±8.7天vs.25.1±7.9天)(P=0.002)。综上所述,在胶质瘤中,ALDH1A1表达与肿瘤级别、病人预后、IDH1突变状态、胶质瘤分子分型等指标密切相关;高表达ALDH1A1的胶质瘤细胞具有更强的增殖能力、克隆形成能力以及侵袭能力。其高表达可以通过影响侵袭相关蛋白MMP2、MMP7以及MMP9的表达来影响胶质瘤的侵袭。在结直肠癌中,ALDH1A1通过促进β-catenin入核和招募M2型巨噬细胞浸润而促进肿瘤转移,进而影响患者预后;癌组织ALDH1A1表达高于癌旁组织时,可以作为判断患者预后的重要指标。