低氧壓力與胰島素生長因子第一型訊息之交互作用對小鼠精原幹細胞的多功能性之探討

癌幹細胞 (cancer stem cells, CSCs) 被認為存在於腫瘤細胞之中，而關於CSCs的起源，則不清楚。目前CSCs被認為可能是來自於正常的幹細胞 (例如glioma CSCs和intestine CSCs)，因為基因的不穩定性或是導因於微環境 (niche) 中對細胞的壓力 (如低氧，hypoxia) 所產生的刺激，可能是誘使幹細胞轉形 (transformation) 變成CSCs的原因。然而，目前關於低氧環境下誘導幹細胞轉形為癌幹細胞之相關機轉的研究，仍非常有限。臨床疾病中，我們可以發現在human pluripotent testicular tumors (包括seminomas和embryonal carcinomas) 的組織中，表現大量HIF-1α、HIF-2α和IGF-1蛋白，高度暗示著在多功能幹細胞睪丸癌中，hypoxia stress與IGF-1 signaling間的交互作用。我們實驗室已成功的建立了serum-free stem-niche cell 共同培養的系統，能將新生小鼠的睪丸細胞在體外培養成多功能性精原幹細胞 (AP+GSCs)；並且藉此發現IGF-1/IGF-1R signaling可以維持AP+GSCs的多功能性。有趣的是，當與normoxia (21 % O2) 相對照，可以發現在hypoxia (5 % O2) 培養下的AP+GSCs，表現高度鹼性磷酸酶活性 (AP)、細胞增生速率、HIF-1α、HIF-2α和Oct-4蛋白以及pluripotent gene (像是Oct-4、Sox2、Nanog、Klf4和c-Myc) 的表現。除此之外，IGF-1和IGF-1R在hypoxia下的表現量也都會增加。進一步給與PPP (IGF-1R的抑制劑) 和LY294002 (PI3K的抑制劑) 於AP+GSCs培養液中，發現Oct-4、HIF-1α和HIF-2α的蛋白表現量都會有顯著的下降，暗示IGF-1 signaling可以調控Oct-4和HIF-2α的表現。綜合以上結果，證明了hypoxia會與IGF-1 signaling共同調控AP+GSCs 之stemness (Oct-4、Sox2、Nanog和Klf4) 與 tumor factor (c-Myc) 的表現，促使幹細胞在hypoxia下進行轉化 (transformation)。