自噬通过限制化疗药物诱导的上皮-间质转化阻止肿瘤细胞发生转移

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[研究背景及目的]化疗是实体瘤的主要治疗手段之一,但越来越多的证据显示,化疗后残留的肿瘤细胞会出现生长加速、治疗抵抗和容易转移等现象。出现这些现象的内在分子机制尚不清楚,可能与药物处理后残留肿瘤细胞发生应激反应,随之出现细胞自噬、上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)、肿瘤干细胞样变等现象有关。EMT不仅是肿瘤侵袭转移过程中的关键事件之一,而且与肿瘤干细胞样变、免疫逃逸、耐药性产生等生物学行为密切相关。而自噬作为一个重要的生理过程,已证实与肿瘤的发生发展密切相关。目前,在化疗过程中肿瘤细胞自噬与EMT的内在联系尚缺乏研究。因此,研究二者之间的内在联系,寻找干预EMT的有效策略,可望改善传统化疗的疗效,具有重要的理论和临床意义。  [研究方法]用Western blot方法检测LC3、E-cadherin、vimentin、AKT、phospho-AKT、Snail及ATG5蛋白的表达;用免疫荧光法观察E-cadherin及vimentin的表达;用共聚焦显微镜术观察YFP-LC3的点状聚集;用流式细胞术检测ROS的产生和聚集,用ROS清除剂N-乙酰半胱氨酸清除ROS的聚集;用分子克隆技术及脂质体2000介导的转染法建立稳定或瞬时转染质粒的细胞株;用靶向Rubicon的siRNA瞬时转染抑制该蛋白的表达;用transwell技术观察肿瘤细胞体外侵袭转移能力;用BALB/C裸鼠尾静脉注射建立肿瘤转移模型。  [研究结果]我们的研究显示,化疗药物奥沙利铂、阿霉素及氟尿嘧啶可引起人肺腺癌A549及结肠癌HCT116细胞发生EMT,并增强A549及HCT116细胞的侵袭能力。奥沙利铂、阿霉素和氟尿嘧啶可以诱导EMT的发生,但不能同时诱导自噬的发生,阿霉素和奥沙利铂的处理在一定程度上反而使LC3-Ⅱ的表达下调。相反,不能诱导肿瘤细胞发生EMT的化疗药物,如紫杉醇、吉西他滨及拓扑替康等,则能显著诱导自噬发生,EMT与细胞自噬在化疗药物处理的过程中是相互排斥的。进一步的研究显示,奥沙利铂及阿霉素的处理可显著诱导HCT116细胞中ROS的产生和聚集,随之激活AKT激酶,上调EMT相关转录因子Snail的表达。使用活性氧清除剂NAC清除肿瘤细胞中的ROS后,阿霉素诱导的AKT激酶的磷酸化及Snail的表达均被明显地抑制,E-cadherin的下调亦被有效抑制,提示ROS的清除可阻断EMT的发生。使用肌浆网钙泵抑制剂毒胡萝卜内酯(thapsigargin:TG)处理HCT116细胞激活自噬后,不仅抑制了化疗药物导致的ROS的产生和聚集,也解除了对E-cadherin表达的抑制。自噬的负调节因子Rubicon的敲低及AMPK激活剂二甲双胍的处理激活自噬后,阿霉素诱导的p-AKT和snail的表达均被明显抑制,对E-cadherin的下调作用亦被削弱。而自噬相关蛋白ATG5的下调抑制自噬后,则进一步加强了阿霉素和奥沙利铂诱导的E-cadherin表达下调的程度。在紫杉醇处理的细胞中,ATG5的抑制也显著降低了E-cadherin的表达。体外侵袭实验(transwell)表明,使用shATG5抑制自噬后,进一步增强了阿霉素和奥沙利铂诱导的肿瘤细胞的侵袭潜能。动物实验结果也显示,沉默ATG5显著增强了HCT116细胞的侵袭转移能力。  [结论]自噬可以通过清除化疗药物诱导的ROS聚集,抑制AKT的激活,解除Snail对E-cadherin的转录抑制,从而逆转EMT的发生,阻止肿瘤细胞侵袭转移。
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