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前列腺癌是常见的男性恶性肿瘤,随着生活水平的提高,发病率不断增加。前列腺癌主要是依靠雄激素受体而发生发展的,所以去雄激素的内分泌治疗方法是标准疗法。内分泌治疗虽然可以使患者的肿瘤缩小、PSA下降,在一定程度上缓解症状,但是在经过18-30个月的中位缓解期后,几乎所有的患者都会产生抗药性,继而发展为激素难治性前列腺癌。内分泌治疗对此类患者失去效果,生存率较低,其中位生存期一般不超过20个月。因此激素难治性前列腺癌的转化也成为临床前列腺癌治疗的难点。基质细胞衍生因子-1(SDF-1)是一种具有趋化活性的细胞因子,能够调控包括心脏与神经发育、血管形成、干细胞运动及肿瘤发生在内的多种生物学过程。SDF-1的受体是CXCR4和CXCR7,SDF-1/CXCR4/CXCR7生物轴具有广泛的生物学作用,主要表现在造血干细胞的动员与归巢、肿瘤的转移与生长等方面,SDF-1/CXCR4/CXCR7生物轴与肿瘤的讨论也是目前的热点问题。本课题组在前期研究工作中,通过去雄激素的培养环境诱导前列腺癌激素治疗耐药细胞,经基因芯片转录组检测,结果显示CXCR7及SDF-1/CXCR生物轴相关调控基因显著上调,推测SDF-1/CXCR生物轴在前列腺癌激素耐药过程中可能发挥重要作用。因此,本研究选用由LNCap衍生而来,具有相同遗传背景且具有转移特性的激素难治性细胞模型LNCap/C4-2,以转录组学与磷酸化蛋白组学分析为基础,探讨SDF-1/CXCR4/CXCR7生物轴在HRPC发生中的作用,为HRPC的转化机制研究提供新的方向。本实验采用RNA-seq方法,比较LNCaP细胞与C4-2细胞转录组基因表达差异。结果得到差异表达基因293个,其中上调118个,下调175个。根据归类分析,上调基因主要涉及细胞增殖、凋亡、基因调控、表达、代谢等功能,下调基因主要涉及膜蛋白、跨膜细胞间信号传导、基因表达调控等功能。其中CXCR7基因表达上调,且SDF-1激活调控的下游信号转导通路在其基因表达方面差异明显,因此推测SDF-1在HRPC形成过程中可能发挥作用。western blot检测转录差异基因相关蛋白,结果显示C4-2比LNCaP细胞的CXCR7表达增高,CXCR4增高更加明显,进一步表明SDF-1/CXCR4/CXCR7轴可能对激素难治性前列腺癌形成具有重要意义。为了解前列腺癌激素耐药形成的具体机制,对LNCaP与C4-2细胞进行磷酸化iTRAQ定量蛋白质组学分析。共得到63个表达上调磷酸化蛋白,101个表达下调蛋白。通过聚类分析,上调蛋白主要参与细胞粘附、迁移、侵袭、细胞骨架等功能,这也与SDF-1/CXCR4/CXCR7介导作用相符。在表达上调磷酸化蛋白中,部分蛋白具有明确的上游调控激酶,包括PKA、MEK、ERK、catenin等。根据已知信号通路及蛋白相互作用分析,进一步推测SDF-1/CXCR4/CXCR7可能参与介导了MAPK多级联反应,通过SDF-1/CXCR-PKA-ERK通路参与前列腺癌激素耐药及生物学行为恶性化。为验证SDF-1/CXCR4/CXCR7轴的作用,本实验采用CXCR受体激活剂SDF-1和CXCR4、CXCR7抑制剂AMD3100及中和抗体ab72100处理C4-2细胞,检测其对激素难治性前列腺癌生物行为的影响。结果显示SDF-1α对C4-2细胞的增殖和侵袭均具有显著的促进作用,而阻断CXCR4、CXCR7可明显抑制细胞的增殖侵袭,同时阻断CXCR4和CXCR7作用更为显著。提示CXCR4、CXCR7协同作用,调控激素难治性前列腺癌C4-2细胞的增殖、侵袭和转移。提取SDF-1/CXCR4/CXCR7作用后的各组细胞,western blot验证SDF-1/CXCR4/CXCR7轴的作用通路。结果显示P53、Caspase3、mTOR等细胞增殖凋亡相关蛋白表达量均无明显变化,未受SDF-1/CXCR4/CXCR7作用影响。MEK、pMEK、ERK1/2、pERK1/2等MAPK级联反应蛋白在SDF-1作用下表达均较C4-2上调,CXCR4和CXCR7阻断剂处理后表达下降,尤其同时阻断CXCR4和CXCR7作用更为明显。MAPK级联反应调控蛋白PKA、pPKA、pCatenin表达亦受到SDF-1/CXCR4/CXCR7影响。pPKA、pCatenin在SDF-1作用下表达均较C4-2上调,CXCR4和CXCR7阻断剂处理后表达下降。上述结果证明SDF-1/CXCR4/CXCR7轴影响了MAPK网络的形成,通过SDF-1/CXCR4/CXCR7-PKA-MEK-ERK通路的调控在激素难治性前列腺癌中发挥重要作用。有研究称,SDF-1/CXCR4/CXCR7轴在肝癌、乳腺癌、宫颈癌等肿瘤中发挥重要作用,但是在以C4-2为基础的激素难治性前列腺癌中未见相关报道。本研究可能为临床治疗HRPC提供新的方向。