基于mTOR信号通路介导的细胞自噬探讨Gracillin抗非小细胞肺癌的作用及机制

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目的:至今为止,肺癌仍然是最常见的恶性肿瘤之一,是与癌症相关的疾病中死亡的主要原因。非小细胞肺癌(NSCLC)约占肺癌的85%。Gracillin为从吉祥草中分离得到的一种甾体皂苷类化合物,同时也广泛存在于多种其他植物中。大量的研究证明Gracillin具有抗肿瘤潜力,对多种肿瘤细胞具有广谱抗增殖作用。但是对其抗肿瘤作用机制的研究相对较少,其抗肿瘤的具体作用机制尚不明确。本课题旨在探讨Gracillin对NSCLC的抗肿瘤作用以及明确其抗NSCLC可能的作用机制。方法:本课题以A549细胞作为体外肿瘤模型,以携带A549细胞的裸鼠作为体内肿瘤模型。首先,建立裸鼠肿瘤模型,通过肿瘤体积、重量以及Ki67染色明确Gracillin对NSCLC的抗肿瘤作用。然后,通过CCK-8验证Gracillin对A549细胞和BEAS-2B细胞的增殖抑制作用;通过RNA-Seq高通量转录组测序筛选、生物信息学分析及文献调研,明确自噬作为研究方向,同时一个较新的自噬标志基因WIPI1的显著高表达引起我们的关注;因此,借助3-MA和Rapamycin探讨Gracillin对细胞自噬的抑制或诱导作用;然后,采用透射电镜观察细胞自噬的超微结构;通过转染p EGFP-LC3质粒后于激光共聚焦显微镜下观察LC3蛋白在自噬体上的点状聚集;同时,检测自噬相关蛋白(Beclin-1、P62、WIPI1和LC3)以及mTOR信号通路相关蛋白(PI3K、p-PI3K、Akt、p-Akt、AMPK、p-AMPK、mTOR和p-mTOR)的表达变化;另外,为了研究WIPI1在Gracillin调控A549细胞自噬中的作用,采用慢病毒沉默A549细胞WIPI1后检测Beclin-1、P62及LC3变化。结果:1、在动物模型中,Gracillin能显著抑制肿瘤的生长,与溶剂组相比,Gracillin药物组肿瘤重量与体积均表现出显著性减小,Ki67免疫组化染色结果表明Gracillin处理组小鼠的肿瘤细胞增殖明显减少。同时,小鼠心、肝、肺、肾的HE染色结果显示Gracillin无明显生理毒性。2、在细胞模型中,Gracillin能显著抑制A549细胞增殖且对BEAS-2B细胞无明显影响;qRT-PCR、Western blot验证WIPI1基因、蛋白水平的表达结果显示WIPI1在Gracillin药物组中高表达,与测序结果一致;使用3-MA抑制自噬或者Rapamycin激动自噬后Gracillin处理A549细胞发现Gracillin能诱导细胞自噬性死亡;并且在A549细胞内观察到典型的双层膜结构及自噬泡,同时LC3蛋白在自噬体膜上明显聚集;自噬相关蛋白Beclin-1的表达上调、P62的表达下调、LC3-Ⅱ转型增加;同时Gracillin能缓和3-MA对自噬的抑制,重新上调Beclin-1、下调P62、促进LC3-Ⅱ转型。3、相关自噬信号通路研究发现Gracillin的抗肿瘤作用机制可能与抑制mTOR信号通路有关,通过抑制其上游正向调控因子PI3K、Akt的磷酸化蛋白p-PI3K、p-Akt,激活其上游负向调控因子AMPK的磷酸化蛋白p-AMPK,从而显著使p-mTOR表达降低;WIPI1被沉默后发现对P62和Beclin-1的表达无明显影响,但LC3-Ⅱ的转型明显下降,表明自噬受到抑制。综合文献研究和本课题的研究,WIPI1在Gracillin诱导的细胞自噬过程中作为mTOR下游参与自噬体的形成从而参与调控自噬。结论:Gracillin对非小细胞肺癌在体外和体内均展现出明显的抗肿瘤作用,进一步的抗肿瘤作用机制研究表明Gracillin可能通过影响自噬相关蛋白以及调控自噬相关mTOR信号通路诱导细胞自噬性死亡。
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