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β-榄香烯通过抑制PAK1的活化增加胃癌细胞的放射敏感性

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Author:

刘俊松 (刘俊松.)

Abstract:

研究背景:
胃癌是世界上最常见的恶性肿瘤之一,其总体预后仍然较差。目前,进展期胃癌的治疗策略是以手术为主,辅以化疗、放疗、免疫治疗、生物治疗等多学科治疗手段,其中,放射治疗是一种重要的胃癌辅助治疗手段。然而,胃癌细胞的放射敏感性较差,且放疗易引起邻近脏器和组织急、慢性损害,这些因素限制了放疗在胃癌患者中的广泛应用。开发有效的放疗增敏剂,观察其对胃癌的放疗增敏作用并阐明机制,以期提高胃癌放射治疗效果,并减少放射副损伤,是当前胃癌放疗研究领域亟待解决的热点问题之一。
肿瘤细胞的放射敏感性取决于多个方面,包括凋亡易感性、细胞周期分布、有关癌基因和抑癌基因的表达状态、DNA损伤修复以及放射介导的信号转导,等。β-榄香烯是从莪术油中提取的一种广谱抗肿瘤药物,能够抑制肿瘤细胞增殖,诱导肿瘤细胞凋亡,所涉及的抗肿瘤分子机制包括调节Bcl-2家族蛋白的表达,抑制Ras/Raf/MEK/ERK及PI3K/Akt/ mTOR信号通路,介导细胞周期阻滞,等。β-榄香烯抗肿瘤作用所涉及的分子和信号通路与肿瘤细胞的放射敏感性密切相关,据此,我们推测β-榄香烯可能通过多种不同的作用机制,增加肿瘤细胞的放射敏感性。
研究目的:
研究β-榄香烯对胃癌细胞放射敏感性的影响,阐明β-榄香烯影响胃癌细胞放射敏感性的可能分子机制,为确定β-榄香烯能否成为胃癌放疗增敏剂提供依据。
研究方法:
1. 通过平板克隆形成实验评价MKN45、MKN28、SGC7901、AGS和N87胃癌细胞系的相对放射敏感性,筛选对放射相对抵抗的胃癌细胞系,然后通过MTT实验评价β-榄香烯对胃癌细胞活性的影响,并筛选用于放射增敏作用研究的后续实验给药剂量,通过平板克隆形成实验检测β-榄香烯预处理对胃癌细胞放射后存活分数的影响,通过流式细胞仪检测β-榄香烯预处理对胃癌细胞放射后细胞凋亡水平的影响,从细胞水平观察β-榄香烯对胃癌细胞放射敏感性的影响。
2. 通过iTRAQ(isobaric tags for relative and absolute quantitation)蛋白质组学技术,检测β-榄香烯预处理联合放射对胃癌细胞蛋白质表达的影响,Western blot检测差异表达蛋白TOPIIα、BTF(Bcl-2-associated transcription factor 1)和PAK1IP1(p21-activated protein kinase-interacting protein 1)的表达水平,验证iTRAQ检测结果的可靠性;筛选β-榄香烯对胃癌细胞产生放射增敏作用的蛋白质基础,并通过Western blot进行验证β-榄香烯及放射对PAK1IP1、t-PAK1、p-PAK1、p-ERK1/2、Caspase-3(17 kDa)蛋白表达的影响。
3. 选择靶向作用于PAK1的特异性小分子激酶抑制剂IPA-3,MTT评价IPA-3对胃癌细胞活性的影响,通过平板克隆形成实验和凋亡检测评价IPA-3对胃癌细胞放射敏感性的影响,并通过Western blot检测IPA-3联合放射对t-PAK1、p-PAK1、p-ERK1/2、Caspase-3(17 kDa)蛋白表达的影响。
结果:
1. 在所筛选的5株胃癌细胞系中,MKN45和SGC7901胃癌细胞的放射敏感性更低,被选为胃癌细胞放射增敏后续研究的细胞系。MTT实验显示,β-榄香烯抑制SGC7901和MKN45胃癌细胞的细胞活性,并呈剂量依赖性。选择相对低毒浓度的β-榄香烯分别作用于MKN45(15 μg/mL)和SGC7901(30 μg/mL),结果显示,β-榄香烯预处理降低了SGC7901和MKN45胃癌细胞放射后存活分数和平均致死剂量,β-榄香烯对MKN45和SGC7901胃癌细胞系所产生的放射增敏比(SER)分别为为1.26和1.53。凋亡检测结果显示,与单纯放射相比,β-榄香烯预处理显著增加了MKN45和SGC7901胃癌细胞放射后细胞凋亡水平(10.4±0.9% vs. 34.8±2.8%,P<0.05;11.6±0.9% vs. 46.7±5.2%,P<0.05)。
2. 经过iTRAQ蛋白质组学分析,与对照组相比,β-榄香烯使SGC7901胃癌细胞中的233个蛋白质的表达发生显著变化,其中,147个蛋白质表达上调,86个蛋白质表达下调。Western blot结果显示,PAK1IP1和BTF表达上调,TOPIIα表达下调,上述三种蛋白质的表达趋势与iTRAQ蛋白质组学筛查结果一致。
3. Western blot结果显示,β-榄香烯上调胃癌细胞PAK1IP1的表达水平,同时下调了PAK1(T423)及其下游的p-ERK1/2(Thr202/Tyr204)的磷酸化水平,而对PAK1总蛋白的表达水平无明显影响;放射对PAK1总蛋白的表达水平无明显影响,而放射明显上调了放射后1 h和放射后24 h的PAK1(T423)磷酸化水平;β-榄香烯预处理显著下调了放射后PAK1(T423)及其下游的p-ERK1/2(Thr202/Tyr204)的磷酸化水平,上调了胃癌细胞Caspase-3(17 kDa)的表达水平。
4. IPA-3显著抑制SGC7901和MKN45胃癌细胞的细胞活性,并呈剂量和时间依赖性。IPA-3预处理降低了SGC7901和MKN45胃癌细胞放射后存活分数和平均致死剂量,IPA-3对MKN45和SGC7901胃癌细胞系所产生的放射增敏比(SER)分别为为1.07和1.18。凋亡检测结果显示,与单纯放射相比,IPA-3预处理显著增加了MKN45和SGC7901胃癌细胞放射后细胞凋亡水平(13.4±0.3% vs. 26.6±1.0%,P<0.05; 16.0±0.6% vs. 37.3±1.7%,P<0.05)。Western blot结果显示,IPA-3不影响SGC7901胃癌细胞PAK1总蛋白的表达水平,但下调了PAK1(T423)及其下游的p-ERK1/2(Thr202/ Tyr204)的磷酸化水平;放射能够上调PAK1(T423)的磷酸化水平,而IPA-3预处理则显著下调了放射后PAK1(T423)及其下游的p-ERK1/2(Thr202/Tyr204)的磷酸化水平,同时,IPA-3上调了胃癌细胞Caspase-3(17 kDa)的表达水平。
结论:
1. β-榄香烯能够增加胃癌细胞的放射敏感性,其可能的机制涉及抑制PAK1的活化。
2. 放射能够诱导PAK1活化,而PAK1活化可能参与胃癌细胞放射抵抗,靶向抑制PAK1信号通路的活化能够增加胃癌细胞的放射敏感性。

Keyword:

PAK1 β-榄香烯 放射敏感性 胃癌

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  • [ 1 ] 西安交通大学医学部

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Basic Info :

Degree: 临床医学博士

Mentor: 车向明

Year: 2015

Language: Chinese

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