苦参碱诱发肿瘤细胞自噬变化的分子机理研究

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自噬是细胞自我保护的分子机制之一,也是当前生命科学中的前沿研究领域之一。通过这个过程,细胞可以消除功能异常的细胞器及错误折叠变性蛋白质等生物大分子,进而维护细胞内环境的稳态和维持物质的重新利用,并为细胞的生存和修复提供必要的能量。研究表明,肿瘤的发生和发展与自噬过程异常有关,而通过药物调节自噬过程已成为肿瘤治疗的最有吸引力的方法之一。苦参碱是从传统中药苦参中提取的一种小分子单体化合物它对于人体的药物副作用较低,因而被广泛地应用于包括肿瘤在内的各种疾病临床治疗。然而,苦参碱的药物分子机制尚未阐明;虽然也有报道发现苦参碱能够诱导自噬,引起自噬性细胞死亡,其中内在的分子过程仍不甚了了。正是基于这个前提,我们启动了旨在阐述苦参碱诱发细胞自噬的作用机制的研究项目。  本研究选取胃癌细胞SGC7901作为主要的肿瘤细胞模型。利用Western blot、免疫荧光、透射电子显微镜等项技术,我们首先观察了苦参碱处理条件下SGC7901细胞中自噬标志蛋白LC3及细胞超微结构的变化,从而确证苦参碱是否诱发了细胞自噬的变化。继而,我们系统地检查了苦参碱处理前后SGC7901细胞中自噬标志蛋白LC3、自噬降解底物p62、以及自噬相关基因表达产物的丰度状态,从而对细胞内自噬小泡增加的原因进行了辨别;同时,我们也采用了EGFP-LC3与溶酶体特异探针Lysotracker Red的共定位分析技术,进一步考察了苦参碱是否影响了自噬体与溶酶体的融合过程。在此基础上,我们通过溶酶体蛋白酶活性测定、免疫印迹、Percoll密度梯度离心和蛋白共定位等技术,分析了苦参碱是否影响了溶酶体组织蛋白酶水解酶活性及其相关的亚细胞器转运与成熟过程。我们还利用质谱和特异测量溶酶体pH的荧光探针系统地测定了苦参碱在亚细胞中的分布及其对溶酶体pH的影响。最后,利用MTS、SA-β-gal、FACS等项测定,我们还跟踪了苦参碱对SGC7901细胞增殖、周期、衰老、死亡所产生的影响。从多个生物分析技术角度出发,系统地考察了苦参碱对SGC7901细胞内自噬途径的影响,确证了苦参碱能特异的诱导SGC7901细胞内自噬小泡的累积。我们进一步发现苦参碱也能诱发其他肿瘤细胞的自噬变化。我们分析了苦参碱对于自噬通路的影响,发现苦参碱并不诱导自噬体的形成,而是主要通过抑制自噬体的降解促使自噬小泡的累积;而且激光共聚焦显微镜的证据也表明,苦参碱并不影响自噬体与溶酶体的融合。Western blot与酶活测定的结果提示,苦参碱能显著抑制溶酶体组织蛋白酶Cathepsin B/D/L的成熟过程与水解酶活性,而Percoll密度梯度离心结合激光共聚焦的实验证据则说明,苦参碱可以抑制CathepsinD从低密度组分向高密度组分的转运,即苦参碱可能影响Cathepsin D从高尔基体向溶酶体的转运。采用质谱分析,我们发现苦参碱在SGC7901细胞内主要定位于溶酶体,而且苦参碱处理可导致溶酶体内pH升高。FACS分析和SA-β-gal染色的检测结果显示,正常培养情况下苦参碱可显著诱导SGC7901细胞的G0/G1周期阻滞及衰老,然而在血清饥饿条件下苦参碱则可同时诱发细胞走向凋亡和坏死。本文系统地考察了苦参碱在肿瘤细胞中所诱发的一系列自噬相关的分子事件,明确提出了苦参碱诱发细胞自噬变化的可能分子机制是,阻碍溶酶体的成熟过程和抑制自噬体的降解通路。苦参碱可能是一种新型的自噬抑制剂,这对于未来肿瘤的临床治疗及药物的设计将颇有裨益。
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