氧化磷酸化和自噬协同促进休眠膀胱癌细胞胞内PD-L1表达

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研究背景膀胱癌(Bladdercancer,BC)是常见的泌尿系统恶性肿瘤,化疗、免疫治疗和手术是治疗BC的有效方法,但复发和死亡风险仍很高,探索BC耐药、复发的原因及机制,寻找新的干预靶点及策略,是进一步提高BC疗效的关键。研究表明,肿瘤在经过根治性治疗(如大剂量化疗)后,会进入休眠状态。肿瘤休眠(Tumordormancy)是暂时的、可逆的有丝分裂和生长停滞状态。休眠肿瘤细胞(Dormant tumor cell,DTC)耐受常规放/化疗,在临床难以被检测发现,同时还保留了再活化的潜能,在条件适宜时会再度增殖。DTC还可见于循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cell,CTC),CTC通过血行播散,是造成远处转移的主要原因。因此DTC是导致肿瘤复发和远处转移的根源。众所周知,肿瘤细胞具有有氧糖酵解(Warburg effect)的代谢特点,以适应其快速增殖的需求。相对于普通肿瘤细胞而言,DTC处于静止的、不活跃的状态,而长期处于静止状态的肿瘤细胞难免发生衰老。这种状态下,DTC的代谢途径有何特点?其对DTC的衰老有何影响?另外,自噬作为一种自身分解代谢过程,是细胞在应激条件下维持自身稳态、抵抗衰老的保护性机制,DTC中自噬情况如何?与代谢途径有何联系?皆鲜有报道。DTC(尤其是CTC)能够在体内长期存活,还要克服机体的免疫清除,因此,DTC必然具备免疫逃逸的功能。程序性死亡配体1(Programmed cell death ligand 1,PD-L1)是免疫检查点蛋白,负向调控免疫。PD-L1是否参与了 DTC的免疫逃逸,未见相关报道。另外,PD-L1蛋白水平受到胞内能量的调控,在能量缺乏时,PD-L1会经AMPK介导的蛋白酶体降解。那么,DTC中代谢途径的选择以及自噬是否影响PD-L1的表达?尚未见报道。本研究以休眠膀胱癌(Dormant Bladder Cancer cells,DBC)为对象,明确了DBC的代谢特点及自噬情况,并探究了二者对细胞衰老及PD-L1表达的影响。研究目的1.明确DBC的代谢特点及自噬情况;2.探究OXPHOS和自噬对DBC衰老的影响;3.探究OXPHOS和自噬对DBC中PD-L1表达的影响。研究方法和结果1.成功建立休眠膀胱癌DBC模型我们用间歇培养法长期培养诱导出顺铂(Cisplatin,DDP)耐药的人膀胱癌U3和小鼠膀胱癌MB49细胞,加高浓度DDP诱导72h后,细胞进入休眠状态,得到休眠细胞DBC。同样的方法得到由紫杉醇(Paclitaxel,PTX)诱导的DBC。2.DBC的OXPHOS与自噬相互促进,抵抗衰老DBC 中,OXPHOS 相关基因(PGC-1a、Cytc、Cox5b)mRNA 水平显著增高,Seahorse结果证实其基础水平OCR及ATP产量显著增加;自噬相关基因ATG5、ATG7、BECN1 的 mRNA 水平显著升高,P62、BECN1、LC3B 的蛋白表达水平升高,且LC3B Ⅱ/Ⅰ的比值升高,说明DBC的OXPHOS和自噬均增强。进一步,抑制OXPHOS(Metformin和OligomycinA)可抑制自噬,反过来,抑制自噬(CQ、3MA)可以抑制OXPHOS,说明OXPHOS和自噬可相互促进。抑制OXPHOS或自噬,DBC衰老增加;有趣的是进一步增强DBC自噬(Rapamycin),DBC 衰老也增加。3.DBC胞内(而非胞膜上)PD-L1水平升高Real-time PCR和Western Blot检测发现,DBC内的PD-L1表达升高;进一步通过分离胞内/胞膜蛋白行Western Blot,并流式细胞检测发现,DBC中增多的PD-L1主要位于细胞内,而非膜上。4.DBC中OXPHOS或自噬抑制PD-L1经蛋白酶体途径降解抑制OXPHOS可降低DBC的PD-L1表达水平,却上调胞膜PD-L1。进一步我们证实OXPHOS可抑制DBC中PD-L1降解。另外,抑制自噬也可有效降低PD-L1水平,且联合抑制OXPHOS与自噬,对PD-L1的抑制作用更加明显。已有研究证实细胞能量感受器AMPK的活化可促进PD-L1经蛋白酶体途径降解。我们发现,DBC中MG132抑制蛋白酶体可上调PD-L1蛋白水平,说明DBC中PD-L1是经蛋白酶体途径降解,而抑制OXPHOS或自噬都可活化AMPK。提示,OXPHOS可抑制AMPK活化,进而抑制PD-L1经AMPK介导的蛋白酶体途径降解。5.干扰PD-L1可促进DBC衰老通过生物信息学的方法发现PD-L1和衰老相关基因有关,用siRNA成功干扰DBC中PD-L1的表达后,DBC衰老显著增加。研究结论1.OXPHOS和自噬相互促进抵抗DBC衰老2.OXPHOS和自噬协同促进DBC胞内PD-L1表达3.胞内PD-L1抵抗DBC衰老
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