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肿瘤细胞生长受到复杂、精细的网络调控,哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)在该调控系统中的作用尤为重要。它可以整合氨基酸、能量、生长因子所激发的信号通路,参与基因转录、蛋白质翻译、核糖体生物合成和细胞凋亡等多项细胞功能。现已证实,许多肿瘤伴有mTOR信号通路调节异常。一般认为:生长因子通过跨膜信号转导激活PI3K,产生PtdIn (3, 4) P2, PtdIn (3, 4, 5) P3,它们以PH域与PDK和AKT结合并激活PDK-1,活化的PDK-1磷酸化AKT使之活化,AKT再直接磷酸化mTOR,活化的mTOR作用于下游的底物。激活的mTOR至少可调节两种不同的下游底物:S6K1和4E-BP1,它们是蛋白翻译的关键调节因子。雷帕霉素(Rapamycin,Rapa)是一种大环内酯类抗生素,能特异性靶向抑制mTOR,阻止S6K1和4E-BP1磷酸化。虽现已证实雷帕霉素及其衍生物(CCI-779, RAD001, AP23573等)具有靶向抗肿瘤细胞作用,可阻止肿瘤细胞在G1期,诱导细胞凋亡,抑制肿瘤血管形成,抑制肿瘤侵袭和转移。但美国国立癌症研究所通过60株不同肿瘤细胞株研究后发现,雷帕霉素仅能抑制部分肿瘤细胞株,其中对乳腺癌、卵巢癌、白血病、肺癌、肾癌等肿瘤细胞株的生长抑制最为明显。在Noh Woo-Chul和Boffa DJ的实验中得到进一步的证实。其中Noh Woo-Chul最先发现在同一肿瘤不同的细胞株之间对雷帕霉素的敏感性存在差异(12/15株乳腺癌细胞株对雷帕霉素敏感),并且表明肿瘤细胞S6K1过表达、磷酸化AKT过表达及cyclin D1的改变与乳腺癌细胞株对雷帕霉素敏感性有关。但有关肺癌细胞株对雷帕霉素的敏感性、P-S6K1与肺癌细胞对雷帕霉素敏感性之间的关系及P-S6K1在肺癌组织中的表达研究甚少。本课题拟通过观测不同肺癌细胞株对雷帕霉素的敏感性,检测不同肺癌细胞株中差异蛋白(P-S6K1)的表达,探讨差异蛋白(P-S6K1)与肺癌细胞株对雷帕霉素敏感性之间的关系,为进一步寻找mTOR抑制剂—雷帕霉素靶向治疗肺癌的敏感标记物奠定理论基础;通过检测肺癌组织和正常肺组织中P-S6K1的表达,分析P-S6K1的表达与肺癌临床病理特征之间的关系,探讨影响P-S6K1表达的相关病理特征及临床意义。本课题的研究试图为在临床上有选择性地应用mTOR抑制剂(雷帕霉素及其衍生物)治疗肺癌提供理论基础。目的1.研究mTOR靶向抑制剂—雷帕霉素对人肺癌细胞株(HLAMP, H1299, A549和PAa)的抑制作用,并将肺癌细胞株区分为雷帕霉素敏感组和不敏感组。2.研究敏感组和不敏感组肺癌细胞间mTOR信号通路相关蛋白(AKT, S6K1, P-S6K1, eIF4E, 4E-BP1等)的表达差异,检测差异蛋白(P-S6K1)在雷帕霉素处理前后的变化并分析其与肺癌对雷帕霉素敏感性的关系。3.研究P-S6K1在肺癌组织和正常肺组织中的表达特点,分析其与临床病理特征间的关系。为肺癌患者有选择性地使用mTOR抑制剂治疗提供理论基础。方法1.用不同浓度的雷帕霉素处理人肺癌细胞株(HLAMP, H1299, A549和PAa),MTT法测定雷帕霉素对肺癌细胞的抑制作用。根据实验结果将其分为雷帕霉素敏感组和不敏感组。2.Western Blot检测人肺癌细胞株mTOR信号通路相关蛋白(AKT, S6K1, P-S6K1, eIF4E, 4E-BP1等)的表达,筛选出差异蛋白(P-S6K1)。用Western Blot检测P-S6K1在用药前后的变化并探讨其与肺癌细胞对雷帕霉素敏感性的关系。3.收集临床肺癌患者的组织标本及完整的临床病历资料,免疫组化En Vision法检测100例肺癌组织和20例肺部良性疾病正常肺组织P-S6K1的表达,并根据临床资料统计分析P-S6K1与肺癌临床病理特征间的关系及其意义。结果1.不同浓度(0.1, 1, 10, 100nmol/L)的雷帕霉素处理人肺癌细胞株,除H1299细胞株外,对HLAMP, A549和PAa细胞株的抑制率随浓度相应增加(P<0.05),100nmol/L时的抑制率达到最大(P<0.05)。HLAMP, A549和PAa对雷帕霉素敏感(抑制率≥30%),而H1299对雷帕霉素不敏感(抑制率<30%)。敏感组(HLAMP, A549和PAa细胞株)的OD值相邻两组间比较差异有显著性(P<0.05),不敏感组(H1299)的OD值相邻两组间比较差异无显著性(P>0.05)。2.mTOR信号通路相关蛋白的AKT, S6K1, 4E-BP1, eIF4E蛋白在所有人肺癌细胞株中均有表达,而P-S6K1在敏感株中呈高表达,不敏感株中未检测到。选用敏感株HLAMP和A549,P-S6K1表达在雷帕霉素处理后不同时间点(6h, 12h, 18h和24h)均较处理前降低。3. P-S6K1在正常肺组织的阳性表达率为15%(3/20),在肺癌组织的阳性表达率为62%(62/100),其中在小细胞肺癌组织的阳性表达率(81.0%,17/21)高于非小细胞肺癌组织的阳性表达率(59%,45/79)。P-S6K1的表达与肺癌的病理分型有关(P<0.05),与性别、肿瘤的大小、肿瘤的解剖部位、淋巴结转移状态、组织分化程度以及TNM分期无关(P>0.05)。结论1.雷帕霉素能抑制人肺癌细胞生长,但也存在对雷帕霉素不敏感的细胞株。2.P-S6K1表达在一定程度上可预测肺癌细胞株对雷帕霉素的敏感性。3.P-S6K1在肺癌组织中高表达,在肺部良性疾病正常肺组织中低表达,可作为鉴别肺癌与肺部良性疾病的一个新指标。4.P-S6K1表达在小细胞肺癌组织较非小细胞肺癌组织高,提示在P-S6K1表达率高的小细胞未分化肺癌中应用mTOR靶向抑制剂—雷帕霉素及其衍生物的疗效可能更佳。