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沈阳药科大学团队发现非小细胞肺癌对紫杉醇耐药新机制

作者:奇点肿瘤探秘 来源:MedSci梅斯 日期:2022-06-07
导读

         这项研究揭示了一种非小细胞肺癌对PTX耐药的新机制,并为逆转肺癌耐药奠定了药理学基础。

        肺癌是一种发病率和死亡率都很高的恶性肿瘤,每年可造成170多万人死亡,其中80-85%为非小细胞肺癌(NSCLC)[1]。

        紫杉醇(PTX)是治疗晚期非小细胞肺癌的一线化疗药物。然而,随着治疗时间的延长,患者很容易对PTX产生耐药,严重影响治疗效果和患者的生存期[2]。

        基于目前已报道的几种耐药机制的治疗方法并未达到预期效果。因此,迫切需要探索PTX耐药的分子机制,发现新的耐药靶点和治疗药物。

        近日,由沈阳药科大学王立辉和吴春福领衔的研究团队,在著名期刊Molecular Cancer上发表重要研究成果,揭示了非小细胞肺癌对紫杉醇耐药新机制。

        他们发现,对紫杉醇耐药的非小细胞肺癌细胞和肿瘤组织中乙醛脱氢酶2(ALDH2)表达增高,ALDH2通过组蛋白甲基转移酶G9a/核转录因子Y-α/乙醛脱氢酶2(EHMT2/NFYA-ALDH2)信号轴调节RAS/RAF信号通路,进而调节非小细胞肺癌对紫杉醇的耐药性;下调ALDH2表达可以增加PTX对NSCLC耐药细胞或异种移植肿瘤治疗有效性,逆转PTX耐药[3]。

        这项研究揭示了一种非小细胞肺癌对PTX耐药的新机制,并为逆转肺癌耐药奠定了药理学基础。

        接下来,我们看看这项研究是如何开展的。

        首先,研究人员通过基因芯片分析了PTX耐药NSCLC细胞株(NSCLC/PTX细胞)和PTX敏感NSCLC细胞株(NSCLC细胞)之间基因表达的差异。进一步通路分析表明,与干细胞和耐药性相关的信号通路富集明显,这说明干细胞样变化可能与肺癌的PTX耐药有关。

        随后,流式细胞术分析结果表明,PTX耐药细胞的乙醛脱氢酶(ALDH)活性显著高于PTX敏感细胞,而ALDH被广泛用作肿瘤干细胞(CSCs)的标记物[4]。

        进一步分析表明,ALDH2亚型在NSCLC/PTX细胞中的蛋白表达高于NSCLC细胞;ALDH2的表达水平与PTX敏感性显著相关,ALDH2的表达水平越高,肺癌细胞对PTX的敏感性越低。

        为了证实ALDH2与非小细胞肺癌患者PTX敏感性之间的关系,研究团队测定了46例接受PTX治疗的非小细胞肺癌患者组织标本中ALDH2的表达水平,结果表明,与低ALDH2组相比,ALDH2蛋白的高表达与总体生存率低显著相关。

        上述结果表明,ALDH2在PTX耐药过程中可能起着重要作用。

        研究人员还发现,ALDH2敲除后,PTX对NSCLC/PTX细胞的有效性显著增加,而在过表达ALDH2的NSCLC细胞中,PTX的有效性显著降低;并且ALDH2基因敲除后,NSCLC/PTX细胞迁移和自我更新的能力显著降低,过表达ALDH2后,NSCLC细胞的迁移和自我更新能力显著增强。

        那么,抑制ALDH2的活性是否会影响NSCLC细胞对PTX的敏感性呢?

        为了回答上述问题,他们使用了一种叫做大豆苷(DZN)的ALDH2特异性抑制剂,结果发现大豆苷在NSCLC/PTX细胞中的非细胞毒性浓度下显著抑制ALDH2活性;在非细胞毒性浓度下,大豆苷与PTX联合使用显著增加了NSCLC/PTX细胞对PTX的敏感性。

        随后,为了验证ALDH2和PTX耐药性之间关系的特异性,研究团队瞬时沉默ALDH2和其他CSC相关的ALDH亚型(ALDH1A1和ALDH3A1),并测定NSCLC/PTX细胞对PTX的敏感性。结果表明,其他ALDH亚型的瞬时沉默对PTX的敏感性没有显著影响,然而,当ALDH2短暂沉默时,NSCLC/PTX细胞对PTX的敏感性显著增强。

        小鼠体内成瘤实验显示,PTX对过表达ALDH2的NCI-H1299细胞异种移植瘤抑制率为39.36%,对转导空载体的NCI-H1299细胞异种移植瘤抑制率为53.19%。

        以上体内外实验结果表明,ALDH2与PTX耐药有关。

        ALDH2表达水平与NSCLC细胞对PTX的耐药有关

        接下来,研究团队进一步探讨了ALDH2影响NSCLC细胞对PTX耐药的相关机制。

        他们发现,ALDH2转录水平的改变是导致ALDH2表达失调的主要机制,核转录因子Y-α(NFYA)的表达水平与ALDH2的表达水平呈正相关,组蛋白甲基转移酶G9a(EHMT2)负调控ALDH2的表达。

        具体来说,EHMT2能调控NFYA与ALDH2启动子的结合能力。抑制EHMT2通路,NFYA与ALDH2启动子的结合能力增强,ALDH2的转录升高。这些结果表明,EHMT2和NFYA在ALDH2的调节中具有协同作用。

        ALDH2的转录激活由NFYA和EHMT2共同调节

        接下来,研究团队探索了ALDH2介导非小细胞肺癌PTX耐药的相关信号通路。通路分析显示,TGF通路、RAF通路、EMT通路均显著富集(P<0.05);通路相关蛋白分析发现,ALDH2基因敲除的NSCLC/PTX细胞中的RAS/RAF通路相关蛋白水平与对照组组相比持续降低,这表明,RAS/RAF通路参与了ALDH2介导的紫杉醇耐药。

        为了研究RAS/RAF通路的作用,研究人员在ALDH2敲除的NSCLC/PTX细胞中过表达RAS/RAF通路中的两个关键蛋白:KRAS和RAF1。研究结果表明,当KRAS和RAF1在ALDH2敲除的NSCLC/PTX细胞中过度表达时,PTX的治疗有效性降低。

        上述结果证明,RAS/RAF通路参与了ALDH2介导的PTX耐药性。

        NSCLC/PTX细胞中敲除ALDH2基因可以抑制的RAS/RAF信号通路

        以上结果证实ALDH2与非小细胞肺癌对PTX耐药密切相关,研究人员假设抑制ALDH2可能是逆转PTX耐药性的潜在途径。

        为了证实这一假设,研究团队探索了PTX联合DZN(ALDH2特异性抑制剂)或DSF(ALDH2非特异性抑制剂)在非细胞毒性浓度下对NSCLC/PTX细胞的疗效。结果表明,DZN-PTX或DSF-PTX对NSCLC/PTX细胞的生长抑制具有协同作用;小鼠异种移植模型结果显示,与单纯PTX组相比,DZN-PTX组和DSF-PTX组的肿瘤体积明显更小,并且,DZN-PTX组的肿瘤重量显著降低;这些结果表明,抑制ALDH2可逆转PTX耐药。

        随后研究人员还证实,与单独使用PTX相比,DZN-PTX和DSF-PTX显著增加了肿瘤组织中的细胞凋亡水平;并且PTX联合ALDH2抑制剂可抑制Erk1/2(细胞外调节蛋白激酶)和MEK1/2(丝/苏氨酸蛋白激酶)磷酸化;

        上述数据表明,在异种移植模型中,DZN或DSF对ALDH2的抑制可通过诱导细胞凋亡和抑制RAS/RAF途径逆转PTX耐药性。

        DZN和DSF在体内显著降低NSCLC/PTX细胞对紫杉醇的耐药性

        同样地,EHMT2通路抑制剂JIB04也能逆转NSCLC癌细胞对PTX的耐药。

        总的来说,这项研究表明,ALDH2在非小细胞肺癌对紫杉醇耐药过程中起着重要作用,ALDH2表达增加,NSCLC细胞对PTX耐药性增加;NFYA是ALDH2的重要转录激活因子,抑制EHMT2可促进NFYA与ALDH2启动子的结合,从而激活ALDH2的转录,EHMT2/NFYA-ALDH2信号轴通过调节RAS/RAF信号通路,进而调节非小细胞肺癌对紫杉醇的耐药性;通过ALDH2抑制剂或下调ALDH2表达可以增加PTX对NSCLC/PTX细胞或异种移植肿瘤的治疗有效性,并逆转PTX耐药。

        这项研究揭示了一种非小细胞肺癌对紫杉醇耐药的新机制,并在此基础上提出了两种逆转ALDH2介导的PTX耐药性的新策略,这可能为克服PTX耐药提供了新的思路和突破。

        参考文献:

        1.Molina JR, Yang P, Cassivi SD, Schild SE, Adjei AA. Non-small cell lung cancer: epidemiology, risk factors, treatment, and survivorship. Mayo Clin Proc. 2008;83(5):584-594. doi:10.4065/83.5.584

        2.Hopper-Borge EA, Churchill T, Paulose C, et al. Contribution of Abcc10 (Mrp7) to in vivo paclitaxel resistance as assessed in Abcc10(-/-) mice. Cancer Res. 2011;71(10):3649-3657. doi:10.1158/0008-5472.CAN-10-3623

        3.Wang W, Wang J, Liu S, et al. An EHMT2/NFYA-ALDH2 signaling axis modulates the RAF pathway to regulate paclitaxel resistance in lung cancer. Mol Cancer. 2022;21(1):106. Published 2022 Apr 27. doi:10.1186/s12943-022-01579-9

        4.Liu X, Wang L, Cui W, et al. Targeting ALDH1A1 by disulfiram/copper complex inhibits non-small cell lung cancer recurrence driven by ALDH-positive cancer stem cells. Oncotarget. 2016;7(36):58516-58530. doi:10.18632/oncotarget.11305

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