肿瘤翻译控制蛋白TCTP调控自噬在改变胶质瘤细胞放疗敏感性中的作用研究

来源 :第四军医大学 中国人民解放军空军军医大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:marinehope
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胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤,在我国的发病率占原发脑肿瘤的31.1%,其中,胶质母细胞瘤(GBM, Glioblastoma Mutiforme)恶性程度最高,大约占胶质瘤的30%。GBM常呈侵袭性生长,与正常脑组织界限不明确,手术效果不佳并具有放疗抗性,尽管目前临床GBM的标准治疗方案是“手术+放疗+替莫唑胺(TMZ, Temozolomide)辅助化疗”,但整体预后不良,据统计,我国GBM患者的中位生存期仅为14.4个月。近年来,放疗技术发展迅速,但GBM放疗抵抗依然是临床治疗中面临的难题。研究表明,受照胶质瘤细胞的死亡主要通过自噬途径发生而不是凋亡,因此,围绕自噬开展针对GBM细胞的有效靶点及放疗敏感性研究是当今放射医学领域的热点问题。  肿瘤翻译控制蛋白(TCTP,Translationally controlled tumor protein)是一种高度保守的亲水性小分子蛋白,广泛存在于真核组织细胞中,具有参与转录和翻译、调节细胞周期、抗凋亡、促进肿瘤形成和DNA损伤修复等多种重要功能,此外,TCTP的异常高表达与胶质瘤的临床病理分级及预后密切相关。  尽管尚无直接证据表明TCTP参与调控肿瘤细胞的自噬,但已有研究证实,与TCTP直接相关的多个DNA损伤修复关键蛋白、应激反应和抗凋亡分子通路均在自噬调控中发挥重要作用,例如,缺氧和糖尿病状态下,TCTP可以通过AMPK通路或作为鸟苷酸转化因子调控mTORC1活性,而mTORC1复合物是自噬起始阶段最关键的复合物;从分子结构上分析,TCTP的N末端具有与Bcl-2家族蛋白BH3结构域结合的能力,而自噬起始阶段关键蛋白Beclin1已被证实为一种新的BH3-only蛋白,因此,TCTP在结构上既具有同Beclin1直接结合的可能,也具有影响Bcl-xL和Beclin1结合的可能。  本研究旨在阐明TCTP在受照GBM细胞自噬发生中的作用及其对细胞放疗敏感性的影响,通过围绕TCTP-mTORC1和TCTP-Beclin1开展相关分子机制研究,为寻找针对GBM细胞辐射抵抗的关键靶分子提供理论和实验依据。研究采用AVO染色、自噬特异性染色、mRFP-GFP-LC3腺病毒感染、透射电镜和蛋白质印记(WB, Western blot)等方法对受照胶质瘤细胞自噬流的变化进行动态监测;采用药物抑制或基因干扰的方法研究TCTP在受照GBM细胞自噬发生中的作用及相关分子机制;采用划痕实验和Transwell实验检测细胞的迁移能力;采用MTT、克隆形成和裸鼠成瘤实验等综合评估TCTP调控自噬对GBM细胞辐射敏感性的影响。  研究主要发现:  1.受照GBM细胞的自噬发生规律:与正常对照组相比,2Gy分割照射(≥5次)可引起胶质瘤细胞内p-mTORC1水平升高和自噬抑制;单次6Gy X射线辐照后1-3天,细胞内TCTP蛋白表达显著增多,照后4-7天,TCTP表达量逐渐降低,辐照后5到7天,Autophagy Assay Kit染色、mRFP-GFP-LC3腺病毒感染实验和透射电镜结果显示,细胞内的自噬体和自噬溶酶体结构显著增多,Western Blot结果表明,自噬标记蛋白Beclin1和LC3B的表达增加,提示受照胶质瘤细胞的自噬性死亡主要发生在辐照后5-7天。  2. TCTP在受照GBM细胞自噬激活中的作用:筛选出针对GBM细胞有效抑制TCTP表达的药物:甲硫哒嗪和双氢青蒿素。实验显示,利用药物抑制受照GBM细胞的TCTP表达,辐照后48h,自噬标记物LC3B-II/I比例显著升高、p62表达降低,荧光染色和透射电镜结果进一步证实细胞内自噬发生;采用基因干扰技术(小干扰RNA或构建稳转低表达胶质瘤细胞系)抑制TCTP表达,结果与之一致,提示TCTP在受照胶质瘤细胞自噬的发生中发挥抑制作用。  3.TCTP参与调控Beclin1复合物功能和ATM-AMPK-mTOR信号通路:蛋白质共沉淀(CoIP,Co-Immunoprecipitation)和荧光共定位实验均证实,GBM细胞受到辐照后,TCTP与Beclin1的共定位表达显著增强,同时,过表达TCTP可抑制Beclin1与Vps34结合,相反,低表达TCTP可以促进二者的结合;WB结果显示,抑制TCTP表达,受照GBM细胞在辐照后48h即出现ATM-AMPK通路激活、mTOR抑制,从而激活自噬,提示TCTP可以通过ATM-AMPK通路调控自噬的发生。  4.激活自噬或抑制TCTP均可有效提高GBM细胞的辐射敏感性:使用雷帕霉素激活受照GBM细胞自噬发生,细胞的划痕愈合能力明显降低,MTT增殖曲线下移;稳转低表达TCTP的GBM细胞受到辐照后,MTT实验表明细胞生存能力显著降低,Transwell实验显示细胞的迁移能力降低,双氢青蒿素在抑制TCTP激活自噬的同时可抑制受照胶质瘤细胞增殖和迁移。  5.在体实验证实抑制TCTP可提高GBM的放疗敏感性:裸鼠移植瘤实验表明,腹腔注射双氢青蒿素可有效抑制脑肿瘤组织中的 TCTP表达、降低受照荷瘤小鼠的移植瘤质量,同时伴随自噬标记物LC3B-II/I的比例显著增加。  6. TCTP影响胶质瘤患者的预后:通过检索TCGA数据库,分析GBM患者临床和基因组数据发现,TCTP基因TPT1突变(缺失性为主)可显著延长GBM患者的中位生存期和无病生存期,同时,TPT1突变脑组织中的TP53/PTEN蛋白平均表达水平增加,伴随EGFR蛋白表达降低;接受标准放疗患者中,TCTP mRNA高表达者中位生存期明显缩短。  研究结论:  1.TCTP参与抑制受照GBM细胞的自噬发生。一方面,TCTP通过与Beclin1相互作用而影响Beclin1-Vps34复合物功能,另一方面,辐照后48h,TCTP可抑制ATM-AMPK信号通路,进而激活mTOR并抑制自噬发生。  2.离体条件下,激活自噬或通过抑制TCTP激活自噬,均可提高GBM细胞的辐射敏感性;  3.甲硫哒嗪和双氢青蒿素可有效抑制GBM细胞TCTP的表达,其中,双氢青蒿素可提高移植瘤裸鼠的放疗敏感性并激活GBM细胞自噬,提示TCTP参与调控受照GBM细胞的自噬并影响其辐射敏感性。  4.TCTP影响胶质瘤患者放疗效果和预后。
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