外泌体转运的MMP14促进胰腺癌化疗耐药的作用及其机制

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胰腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)是一种恶性程度极高的消化系统肿瘤,其平均5年生存率低于8%。由于其早期的解剖部位隐匿、临床症状不典型、肿瘤标志物特异性不高等问题,早期诊断极为困难,大多数胰腺癌患者确诊时已属晚期,不适合进行手术切除。化疗是其治疗的首选治疗手段,其中吉西他滨是胰腺癌的的一线治疗药物,但胰腺癌患者往往会对吉西他滨产生耐药,最终导致化疗失败。因此,分析并揭示调控胰腺癌化疗耐药的分子基础,将为胰腺癌治疗提供相应的理论基础和实验依据。近年来,外泌体已成为细胞间通讯的重要媒介。外泌体吞噬生物活性物质,包括蛋白质、RNA和脂质,这些物质可被邻近细胞摄取并影响其表型。从肿瘤微环境脱落的外泌体被发现可促进癌细胞的干细胞化、上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)、转移和化疗耐药。由于胰腺癌细胞具有较强的分泌功能,而分泌蛋白在细胞间信息传递过程中发挥重要作用,故本课题以实验室经过长期吉西他滨筛选获得的胰腺癌耐药细胞Bx PC-3-Gem及其母系Bx PC-3为模型,通过蛋白质谱分析对胰腺癌耐药细胞的分泌蛋白组学的改变进行探讨。结果显示,耐药细胞的条件培养基存在大量的分泌蛋白,且与敏感细胞存在明显差异,其中金属基质蛋白酶MMP14在耐药Bx PC-3-Gem细胞与敏感母系培养基中的差异水平极高。通过GO分析比对,发现MMP14与EMT、肿瘤干性等功能的调控关系最为密切。利用GSEA及功能网络聚类证实了耐药细胞Bx PC-3-Gem中有更多与质膜系统、肿瘤干性和EMT相关的分泌蛋白成分。而肿瘤干性增强被认为是造成胰腺癌化疗耐药的根本原因。因此,这些结果表明MMP14是耐药细胞分泌的参与耐药调控的关键蛋白。在胰腺癌中可作为耐药性获得的相关蛋白发挥功能。MMP14为跨膜蛋白,其在胰腺癌细胞条件培养基存在提示MMP14可能以外泌体的形式被分泌。为证实上述假设,本课题通过对MMP14是否存在于外泌体中进行了确定,证实了耐药细胞高表达MMP14而且可以通过外泌体途径转移至受体细胞而发挥作用。研究通过对MMP14的过表达和干扰实验,分析了MMP14在肿瘤干细胞及化疗耐药中的功能。通过耐药细胞与敏感细胞共培养实验论证了吉西他滨耐药耐药性产生与外泌体MMP14的关系。结果表明:耐药细胞来源的外泌体MMP14可以对敏感细胞的EMT过程、干性特征及耐药性发挥调控作用,高含量MMP14的外泌体通过增强受体细胞的干性和侵袭转移能力,使耐药性从耐药细胞向敏感细胞发生转移。CD44是调控肿瘤细胞干细胞特性的一个重要标志。本研究发现在经富含MMP14的外泌体处理后,受体细胞的CD44蛋白水平发生了上调。鉴于MMP14可以与CD44结合发挥作用,本研究探讨了外泌体MMP14对受体细胞CD44的调控作用。结果发现MMP14对其m RNA的表达水平无影响,而对其蛋白水平具有影响,并进一步研究揭示MMP14能够稳定CD44蛋白,引起胰腺癌敏感细胞干性特征的获得,完成对吉西他滨杀伤胰腺癌作用的传递。综上所述,本研究阐明了耐药细胞通过外泌体转运的MMP14传递肿瘤干性表型特征并促进胰腺癌细胞的化疗耐药的作用。我们的研究结果阐明MMP14是外泌体介导的吉西他滨耐药传递的关键因子,并揭示了外泌体MMP14通过增强受体细胞CD44稳定性传递耐药性的分子机制,为靶向外泌体中的MMP14提高胰腺癌对吉西他滨化疗敏感性提供了理论基础和实验依据。
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