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(本大论文分为两个部分:蛋白酶体抑制剂与拓扑异构酶抑制剂,从两个方面、两种系统来研究小细胞肺癌耐药机制以及化疗增敏剂。)第一部分:obatoclax能增强蛋白酶体抑制剂对小细胞肺癌细胞的抗肿瘤作用蛋白酶体抑制剂(proteasome inhibitor,PIs)硼替佐米(bortezomib,BTZ)和卡非佐米(carfilzomib,CFZ)已经被临床应用于治疗血液恶性肿瘤。但是在实体肿瘤中Pis由于容易产生耐药性,所以其临床试验效果并不理想。迄今为止还没有应用于实体瘤的治疗。为了研究PIs治疗小细胞肺癌时产生耐药性的机制以及提高PIs的敏感性,本文首先通过研究两种PIs BTZ和CFZ对小细胞肺癌的杀伤作用的不同及其可能的分子机制,进而使用协同治疗手段将MCL-1抑制剂obatoclax(OBX)和PIs联合治疗小细胞肺癌。在本篇研究中,我们应用了基于质谱的蛋白组学分析发现即使硼替佐米和卡非佐米都是PIs,但是二者能诱导完全不同的蛋白组学变化,进而在小细胞肺癌细胞中影响不同的信号通路。结果显示,硼替佐米处理组比较倾向于影响参与细胞分裂和调节细胞周期的蛋白,而卡非佐米处理组能够影响磷酸化相关的蛋白。在细胞活性实验中,硼替佐米相比于卡非佐米,处理小细胞肺癌细胞系时有更高的IC50。蛋白组学分析结果显示硼替佐米处理组能够优先诱导抗凋亡蛋白MCL-1,这可能是小细胞肺癌细胞对硼替佐米更加耐受的原因之一。结合转录因子蛋白组学分析和分子生物学手段发现硼替佐米和卡非佐米并不是通过抑制MCL-1的蛋白降解导致其积累,而是通过抑制转录因子FOXM1的降解实现的,FOXM1的累积在转录水平上诱导MCL-1的表达。体外细胞实验和体内动物实验的结果均显示使用MCL-1抑制剂OBX来靶向抑制MCL-1的同时联合硼替佐米或卡非佐米可以协同增强PIs杀伤/抑制小细胞肺癌细胞的能力。我们的结果表明,在治疗小细胞肺癌或者其他实体瘤时,同时靶标MCL-1可能是一个非常有效的提高硼替佐米和卡非佐米临床治疗效果的方式。第二部分:FK228通过诱导SLFN11的表达增强拓扑替康对小细胞肺癌细胞的敏感性拓扑替康(topotecan)是一种水溶性的喜树碱半合成衍生物,它的作用靶点是是拓扑异构酶I,拓扑替康与该酶结合,能够形成非常稳定的DNA-酶复合物,进而抑制各种肿瘤细胞的DNA修复。作为目前小细胞肺癌临床上标准的的二线化疗用药,拓扑替康虽然有不错的效果,但是其应答效率非常有限,约为20%。为了研究拓扑替康在小细胞肺癌中的作用机制以及寻找有效的手段提高临床拓扑替康二线治疗效率,我们通过一系列分子生物学手段对其进行了研究。首先,我们发现了不同小细胞肺癌细胞系对拓扑替康的敏感性与SLFN11蛋白表达的高低有关,SLFN11表达高的细胞系对拓扑替康较敏感,相反地,SLFN11表达低的细胞系对拓扑替康较耐药。在SLFN11表达水平不同的细胞系,拓扑替康作用的机制不同,在SLFN11表达水平低的细胞系,拓扑替康能迅速的引起DNA损伤应答的激活,如p-CHK1和Rad51表达量升高,而在SLFN11表达高的细胞系,DNA损伤应答的激活不明显且速度变慢。接下来,我们发现组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)抑制剂罗米地辛(Romidepsin,又名 FK228 或伏立诺他(vorinostat,又名SAHA)能够通过抑制SLFN11启动子区域的甲基化来诱导SLFN11表达,从而增强拓扑替康在小细胞肺癌细胞系中的敏感性。最后我们检测了临床病人肿瘤样本中SLFN11甲基化情况,结果发现绝大多数样本的SLFN11蛋白启动子部分都发生了甲基化。预示着,未来我们可能以SLFN11的甲基化作为一个临床指标,更加特异性的使用拓扑替康联合FK228治疗小细胞肺癌患者。