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背景和目的:乳腺癌是世界范围内女性最常见的恶性肿瘤。在乳腺癌的治疗中,复发、转移、耐药及抗辐射始终是难以彻底解决的难题。肿瘤干细胞(tumor-initiating cell,TICs)具有自我更新和分化为各级肿瘤细胞的能力,也是常规化放疗失败和肿瘤复发的原因之一。研究显示一些肿瘤细胞能在干细胞和非干细胞状态之间转换,但对肿瘤细胞塑型的分子机制仍知之甚少。我们的研究拟寻找一种调控乳腺癌干细胞塑型的关键分子,以进一步完善肿瘤干细胞对肿瘤发生发展的调控机制,并为临床干细胞治疗和逆转耐药提供新的靶点。方法:(1)在哈佛医学院附属麻省总医院化合物库中采用高通量平台筛选抗TICs的化合物,挑选化合物C108作为试验药物;(2)通过免疫共沉淀和质谱分析找出C108可能的分子靶点G3BP2;(3)构建真核表达载体G3BP2-pBaBe并转染MDA-MB453,采用流式细胞术检测ALDH(+)的细胞群;将G3BP2-shRNA稳定转染至MDA-MB-231、MDA-MB453和BT474,采用流式细胞术检测CD24high细胞群,采用western blot检测CD24表达水平:(4)观察G3BP2-shRNA稳定转染的MDA-MB-453和BT474乳腺微球形成能力;(5)将稳定转染shRNA-G3BP2的MDA-MB-453和BT474细胞经有限稀释后行免疫缺陷鼠(NOD/SCID)乳腺脂肪垫移植,根据成瘤情况利用ELDA(extreme limiting dilution analysis)法推算干细胞比例;(6)通过免疫共沉淀、质谱分析和数据库比对找出与G3BP2结合蛋白SART3;(7)将shRNA-G3BP2稳定转染乳腺癌细胞株 MDA-MB-231、MDA-MB453 和 BT474,采用 western blot、免疫细胞染色和免疫荧光观察SART3表达水平,采用western blot观察Nanog、Oct-4和Sox2表达水平;(8)将shRNA-SART3稳定转染乳腺癌细胞株MDA-MB-231、MDA-MB453 和 BT474,采用 western blot 观察 Nanog、Oct-4 表达水平;观察shSART3稳定转染的MDA-MB-453和BT474乳腺微球形成能力;(9)将shRNA-G3BP2稳定转染乳腺癌细胞株MDA-MB453和BT474,采用realtime-PCR检测SART3 mRNA水平;采用RNA结合蛋白免疫共沉淀技术检测下调G3BP2后SART3 mRNA水平;构建真核表达载体G3BP2-pBaBe以及G3BP2 RRM序列缺失的真核表达载体Δ1-G3BP2,分别转染MCF-7细胞株,采用realtime-PCR和western blot检测SART3表达水平;(10)在54例不同亚型的乳腺癌标本中采用免疫组化技术检测G3BP2和SART3的表达水平。结果:(1)在哈佛医学院附属麻省总医院的化学物库60000种小分子化合物中筛选出一种对TIC细胞抑制性最强的化合物C108,免疫共沉淀发现并鉴定G3BP2为C108的分子靶点;(2)G3BP2过表达的MDA-MB-453细胞中ALDH(+)细胞群较空载质粒组明显增加,下调G3BP2使CD24high的细胞显著增加,从而导致CD44high/CD24low比例下降,CD24蛋白水平显著提高;(3)下调G3BP2使BT474和 MDA-MB453乳腺微球形成能力 明显下 降;shRNA-G3BP2-MDA-MB-453及shRNA-G3BP2-BT474细胞种植至裸鼠乳腺脂肪垫后,推算干细胞比例较对照组明显下降;(4)免疫共沉淀和质谱分析发现并鉴定 SART3是 G3BP2的结合蛋白;(5)下调 G3BP2水平,SART3、Nanog、Oct-4表达水平均随之下调;(6)下调SART3水平,Nanog、Oct-4表达水平也随之下调,MDA-MB453和BT474细胞乳腺微球形成能力明显下降;(7)下调G3BP2表达水平,SART3 mRNA水平对应下降(P<0.01),与G3BP2结合的SART3 mRNA水平显著下降(P<0.01);过表达G3BP2后SART3表达水平相应提高(P<0.05),而当转染了 RRM缺失的G3BP2后,SART3 mRNA和蛋白水平均显著下降(P<0.0001);(8)人乳腺癌组织中G3BP2和SART3蛋白表达水平与年龄、病理亚型、分化程度间没有统计学差异(P>0.05),采用H-score对每例标本G3BP2和SART3的染色状态进行评分,发现两者之间具有显著相关性(P=0.0001,R=0.28)。结论:(1)我们发现了一种小分子化合物C108可抑制乳腺癌干细胞干性,提高紫杉醇对干细胞的毒性,G3BP2是其潜在的分子靶点;(2)体内外试验发现,G3BP2促进乳腺癌细胞维持干性,抑制G3BP2表达使乳腺癌干细胞群向非干细胞群转化;(3)G3BP2通过与SART3 mRNA相结合维持SART3 mRNA的稳定性,继而促进核心转录因子Nanog、Oct4的表达,调控乳腺癌细胞的塑型。