双氢青蒿素在耐药结直肠癌细胞株中提高5-氟尿嘧啶的作用及机制研究

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背景和目的:  结肠直肠癌是全世界最为常见的胃肠道肿瘤之一,且中国的结直肠癌发病率在近十年来呈持续上升趋势。虽然,结直肠癌的诊治在近年来取得了较大的进展,但是肠癌患者的五年无复发生存率没有明显改善,仍然徘徊在 50%左右。结直肠癌术后的辅助化疗是结直肠癌患者的基础治疗手段之一,但癌细胞对化疗药物产生的耐药性往往是导致最终治疗失败的主要原因。因此,进一步改善结直肠癌患者术后的预后仍是目前肿瘤学的研究热点以及难点之一,针对结直肠癌患者的术后诊疗仍需新型药物的开发与研究。  近年来研究发现一线抗疟药双氢青蒿素(DHA)和另一类青蒿素衍生物青蒿琥酯(ART)等青蒿素衍生物在体外和体内具有广泛的抗癌活性。此外,它们也可以与其他化疗药物组合用作增敏剂,用以提高癌症化疗的疗效。一些研究表明, DHA可以通过影响血管生成,诱导肿瘤细胞凋亡,诱导肿瘤细胞周期停滞等机制抑制肿瘤细胞在体内及体外增殖。然而,目前尚无相关研究报道青蒿素衍生物联合常规化疗药物能否提高其对肠癌细胞的细胞毒性作用。因此在本研究中,我们研究观察了DHA对人结直肠癌细胞株HCT116与其5-氟尿嘧啶(5-FU)耐药细胞株HCT116 TP53-/-的影响,并探讨其联合5-FU应用产生协同效应的可能机制。  方法:  通过CCK-8实验、蛋白免疫印迹实验、活性氧检测、凋亡细胞检测等实验手段,在多株人肠癌细胞株中检测DHA对肿瘤细胞生长增殖的影响。并研究DHA在耐药细胞株中联合传统化疗药物5-FU的协同效应与机制。此外,我们还通过RNA测序技术,对经5-FU单药或DHA及5-FU双药处理后的HCT116 TP53-/-细胞进行RNA测序,并通过生物信息学分析筛选DHA可能作用的靶点基因。  结果:  1、CCK-8 细胞活性实验表明,DHA 对 6 株人类结直肠癌细胞株均有增殖抑制作用;DHA对这 6 株结直肠癌细胞株的增殖抑制作用均强于另一类青蒿素衍生物ART(P<0.001)。  2、蛋白免疫印迹检测结果表明,DHA可诱导HCT116细胞株中凋亡的产生。  3、CCK-8细胞活性实验、细胞克隆形成实验表明,HCT116 TP53-/-对5-FU显著耐药,双氢青蒿素可以提高5-FU对HCT116 TP53-/-细胞的抗肿瘤活性。  4、流式细胞检测结果、荧光显微镜观察结果表明,对比DHA与5-FU单药,DHA联合5-FU应用可显著提高HCT116 TP53-/-细胞中ROS的产生(P<0.001)。而在野生型HCT116细胞中并未出现增效。  5、蛋白免疫印迹检测结果表明,在HCT116 TP53-/-细胞株中,对比单药,5-FU与DHA的联用可显著改变凋亡蛋白Bcl-2和Bax的表达比例(P<0.001)。  6、流式细胞检测结果表明,ROS清除剂NAC可以有效消除5-FU与双氢青蒿素在HCT116 TP53-/-细胞中诱导的凋亡细胞(P<0.001)。  7、高通量测序结果表明,HCT116 TP53-/-细胞在DHA联合5-FU双药作用下以及在5-FU单药作用下进行对比,一共发现了21个表达量具有显著差异的mRNA (变化倍数大于1.5倍,假阳性率小于0.05),包括了11个显著上调的基因和10个显著下调的基因。其中ATF4基因的表达在双药组较单药组中的表达水平上调了1.76倍。  结论:  本研究证实了双氢青蒿素在多株人结肠癌细胞株当中具有增殖抑制作用,并可诱导HCT116细胞株的凋亡;双氢青蒿素与5-FU联用后,可使对5-FU耐药的HCT116 TP53-/-细胞株增殖再次被有效抑制;双氢青蒿素是通过调节Bcl-2与Bax蛋白的表达,调节上调了ROS介导的细胞凋亡,从而提高了5-FU在HCT116 TP53-/-细胞中的抑癌效果; 双氢青蒿素可能是通过促进ATF4的表达,引起ROS表达增加从而促进HCT116 TP53-/-细胞凋亡。
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