基于Chk1靶标的海绵生物碱AP-7抗肺癌干细胞作用机制研究

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目的:肺癌(lung cancer)是全球最为多发的恶性肿瘤之一。因肺癌对于传统的化疗及放疗的不敏感性,并且极易产生耐药,导致中晚期肺癌病人的5年生存率仅为10%。近年研究报道发现肿瘤干细胞是肿瘤耐药的主要原因之一,因此在未来肺癌治疗的研究中,将肺癌干细胞作为靶点的治疗方法具有较好的临床应用前景。常规化疗药物仅能消灭增殖期的肺癌细胞,对化疗耐受的肺癌干细胞没有显著作用,最终导致肺癌干细胞比例的增加,引起治疗后短时间内复发和转移。但化疗药物在肿瘤治疗中仍占有主导地位,因此寻找高效低毒的化学增敏剂,提高肺癌干细胞对化疗药物的敏感性对于肺癌的治疗具有重要意义。  方法:本研究采用慢病毒转染技术将Oct4、Nanog基因转染于PC9细胞,构建肺癌干细胞模型。采用流式细胞技术、激光共聚焦、Western blot等技术鉴定PC9-Oct4、PC9-Nanog中干性标志物的表达以及Oct4、Nanog阳性细胞的比例;采用CCK-8法、流式细胞技术检测化疗药物顺铂、吉西他滨、紫杉醇对肺癌干细胞模型的耐药性,细胞周期、DNA损伤以及细胞周期检查点1(Checkpointkinase point1,Chk1)磷酸化水平的影响;采用流式细胞技术检测化疗药物顺铂、吉西他滨对低表达Chk1的肺癌干细胞细胞周期的影响;采用CCK-8法筛选20种aaptamine类生物碱的联合化疗药物抗肺癌干细胞活性;采用成球实验检测AP-7联合化疗药物对其肿瘤球形成能力的影响;采用逆向对接虚拟筛选及SPR技术筛选其潜在作用靶点;采用Western blot、流式细胞技术探讨AP-7抗肺癌干细胞信号转导途径,阐明其作用机制。采用Westrn blot、CCK-8法检测,AP-7对低表达Chk1的肺癌干细胞有无化疗增敏作用及AP-7联合化疗药物对低表达Chk1的肺癌干细胞Cdc25c磷酸化水平的影响。  结果:1.成功将Oct4、Nanog基因转入肺癌细胞PC9,免疫荧光检测PC9和PC9-Oct4,PC9-Nanog中CD44的表达和定位,Oct4、Nanog定位于细胞核,CD44定位于细胞膜;流式细胞技术检测诱导肺癌干细胞模型中阳性细胞比例,其中PC9-Oct4阳性细胞的比例为96.1%,PC9-Nanog阳性细胞比例为92.5%;Western blot检测诱导肺癌干细胞模型中干性标志物CD44和ALDH1蛋白水平结果显示CD44和ALDH1的蛋白表达水平明显升高。诱导肺癌干细胞表现出显著的耐药性,体外成功构建肺癌干细胞模型。流式细胞技术检测化疗药物对诱导肺癌干细胞模型周期的影响,结果显示顺铂诱导肺癌干细胞模型的细胞周期阻滞于G2/M期,吉西他滨诱导肺癌干细胞模型的细胞周期阻滞于S期。顺铂、吉西他滨在12h诱导肺癌干细胞模型的DNA损伤且持续激活Chk1,在72 h肺癌干细胞出现DNA损伤修复。化疗药物未能诱导低表达Chk1的肺癌干细胞模型的细胞周期阻滞。2.共筛选得到4种具有抗肺癌干细胞活性的aaptamine类生物碱AP-3、AP-4、AP-7、AP-8,其中AP-7联合化疗药物对肺癌干细胞具有最强的杀伤作用;AP-7可以增加肺癌干细胞模型对化疗药物的敏感性;AP-7联合化疗药物可显著抑制肿瘤球的形成;逆向对接虚拟筛选筛选得到AP-7的可能作用靶点为Chk1,并且通过SPR验证结果显示AP-7与Chk1重组蛋白有特异性亲和力,其Kd值为0.31μM。4.AP-7在12h可以部分取消化疗药物顺铂、吉西他滨诱导的细胞周期阻滞,降低因化疗药物顺铂、吉西他滨引起的Chk1磷酸化水平的升高,同时降低Chk1下游蛋白Cdc25、Cdc2的磷酸化水平。AP-7对低表达Chk1的肺癌干细胞模型无化疗增敏作用,并且AP-7未能影响Cdc25c的磷酸化水平。  结论:本课题首次发现aaptamine类活性化合物AP-7靶向抑制ATM/Chk1/Cdc25/Cdc2信号通路,取消化疗药物诱导的细胞周期阻滞,增加肺癌干细胞对化疗药物的敏感性。本课题不仅可增加对肺癌干细胞耐药机制的认识,并为以细胞周期检查点为靶点的肿瘤药物研发提供理论依据,为肺癌的临床治疗提供新的治疗手段和理论依据。
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