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研究背景:乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一,2018年全球癌症统计结果显示,乳腺癌新增约210万例,在所有癌症中排名第二。化疗是临床上治疗乳腺癌的常用手段,但耐药的发生常导致化疗效果不理想。P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)是产生耐药的主要原因之一,维拉帕米作为经典的P-gp抑制剂,可通过抑制P-糖蛋白的活性增强化疗药物的疗效,但是维拉帕米逆转乳腺癌化疗耐药的分子机制尚不明确。目的:本文采用代谢组学和生物信息学技术系统分析维拉帕米增强乳腺癌耐药细胞株MCF-7/ADR对阿霉素敏感性的作用及其分子机制。方法:(1)采用MTT实验研究维拉帕米对乳腺癌细胞增殖和耐药性的影响。(2)采用LC-MS/MS分别分析了乳腺癌耐药细胞株MCF-7/ADR和亲本细胞株MCF-7的细胞样本、阿霉素作用于的MCF-7/ADR和MCF-7的细胞样本、阿霉素联合维拉帕米作用于的MCF-7/ADR和MCF-7的细胞样本的内源性小分子代谢物的代谢重编程;通过SIEVE2.2软件对原始数据进行预处理和分析;通过SIMCA14.1软件进行模式判别分析;按照VIP>1和P<0.05的标准筛选差异化合物,并结合Metlin和HMDB等数据库进行差异代谢物确证;使用MetaboAnalyst网站对差异代谢物进行通路分析。(3)通过GEO数据库下载包含乳腺癌耐药细胞株MCF-7/ADR及对应亲本细胞株MCF-7的基因芯片数据的GSE76540数据集;采用经验贝叶斯法筛选MCF-7/ADR和MCF-7细胞之间的差异表达基因;并对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析。结果:(1)MTT实验结果显示:阿霉素作用于MCF-7/ADR和MCF-7细胞48 h后,其对MCF-7/ADR细胞的IC50值为50.87±1.79μM,对MCF-7细胞的IC50值为0.51±0.03 μM,耐药倍数为99.75;8.00μM的维拉帕米作用于MCF-7/ADR和MCF-7细胞48h后,细胞存活率均大于90%,无毒性作用;给药48h后,联合用药组中阿霉素对MCF-7/ADR细胞的IC50值为9.61±0.21 μM,而对照组中阿霉素对MCF-7/ADR细胞的IC50值为50.87±1.79 μM,经计算,维拉帕米对MCF-7/ADR细胞的耐药逆转倍数为5.29。(2)代谢组学研究结果显示:分析MCF-7/ADR和MCF-7细胞株间的代谢轮廓,共筛选出31个差异化合物,包括二氢鞘氨醇、鞘氨醇、鞘磷脂、卵磷脂、胆碱、L-精氨酸、和L-脯氨酸等,主要参与鞘脂代谢、精氨酸和脯氨酸代谢以及甘油磷脂代谢等通路;分析阿霉素作用于MCF-7/ADR细胞后的代谢轮廓,共筛选出17个差异化合物,包括卵磷脂、溶血卵磷脂、鞘磷脂和二氢鞘氨醇等,主要参与鞘脂代谢、甘油磷脂代谢和苯丙氨酸代谢等通路;分析阿霉素作用于MCF-7细胞后的代谢轮廓,共筛选出18个差异化合物,包括鞘氨醇、二氢鞘氨醇、鞘磷脂和L-苯丙氨酸等,主要参与鞘脂代谢和苯丙氨酸代谢等通路;分析阿霉素联合维拉帕米作用于MCF-7/ADR细胞后的代谢轮廓,共筛选出28个差异化合物,包括鞘磷脂、鞘氨醇、二氢鞘氨醇、卵磷脂、胆碱、溶血卵磷脂等,主要参与鞘脂代谢及甘油磷脂代谢等通路;分析阿霉素联合维拉帕米作用于MCF-7细胞后的代谢轮廓,共筛选出26个差异化合物,包括鞘氨醇、二氢鞘氨醇、卵磷脂、亚精胺和L-谷氨酰胺等,主要参与氨酰-tRNA生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢、丙氨酸,天冬氨酸和谷氨酸代谢等通路。(3)生物信息学分析结果显示:MCF-7/ADR和MCF-7细胞间共筛选出2898个差异表达基因;GO富集分析结果显示:差异基因的产物主要位于细胞膜和高尔基体等部位,涉及细胞增殖调控等生物学过程;KEGG富集分析结果显示:MCF-7/ADR和MCF-7细胞间的差异基因主要参与鞘脂代谢等通路。结论:(1)MCF-7/ADR细胞的耐药机制可能与鞘脂代谢、甘油磷脂代谢、精氨酸和脯氨酸代谢等通路相关。(2)维拉帕米可能通过上调二氢鞘氨醇、鞘磷脂、卵磷脂、溶血卵磷脂、胆碱等化合物的含量,影响鞘脂代谢和甘油磷脂代谢,影响P-gp的脂质环境,抑制P-gp的转运活性,减少药物的外排,从而增强MCF-7/ADR细胞对阿霉素的敏感性。