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癌症是威胁人类健康的重大疾病之一,在癌症的治疗手段当中,化疗法具有能进行全身性癌症治疗、多发性癌症治疗以及癌症根治率相对较高等优点,已成为现阶段应用最广泛、发展最快的治疗手段。但是,传统的化疗药物都不能特异性的杀伤癌细胞,因此存在化疗效果和毒副作用并存的严重缺陷。疗效依赖于药物毒性、给药剂量、给药途径、给药次数和疗程的各种化疗药物均具有细胞毒性极强、给药剂量大并易产生耐药性等缺陷,给化疗患者带来难以忍受的痛苦。近十年来,高效靶向化疗成为肿瘤治疗学的研究热点之一。铁蛋白有一个直径达8-10 nm左右的大空腔,足够包裹一定数量的小分子药物,又以其纳米级的大小、良好的生物相容性、对肿瘤细胞的靶向性等优点,成为了现今炙手可热的纳米药物载体材料之一。
本文首先采用缸鱼肝铁蛋白(DALF)作为研究材料,采用透射电子显微镜(TEM)、圆二色性(CD)光谱和荧光光谱探讨了在弱酸(pH)条件下,脱铁核缸鱼肝铁蛋白(apoDALF)亚基解聚与重组的过程和规律,并确定了亚基解离最佳的pH条件和解离时间,即pH1.5和20 min后在这一条件下构建了纳米顺铂核.缸鱼肝铁蛋白(nanometer CDDP core-DALF,NCC-DALF),并研究了其基本的理化性质,发现NCC-DALF的紫外光谱、CD光谱和电镜形态均与apoDALF极为相似;采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术分析发现,每分子NCC-DALF可储存18±3个顺铂分子。为了减小后续细胞实验的误差,又采用与之前相同的方法构建了纳米顺铂核小鼠肝铁蛋白(nanometer CDDPcore-MLF,NCC-MLF),并发现每个NCC-MLF可储存40±4个顺铂分子,并进一步研究了脱铁核铁蛋白纳米包装CDDP的个数和铁蛋白所含L亚基比例的关系。激光共聚焦显微镜法被用于监测apoMLF与Hela细胞的靶向结合情况,实验结果显示apoMLF可以高效率地和Hela细胞表面结合。CCK-8法和流式细胞术被应用于进一步检测NCC-MLF和CDDP对Hela细胞凋亡的影响,以探讨这两种不同的给药途径诱导Hela细胞凋亡的差异性及造成差异的原因。CCK-8的实验结果指出,在相同CDDP含量和较短时间(如24 h)内,NCC-MLF对Hela细胞的毒性要低于游离的CDDP,分析原因可能是NCC-MLF具有缓释CDDP的功能:在相同且较短的作用时间内,NCC-MLF释放的CDDP数量较少;而随着作用时间延长,NCC-MLF不断地释放已包装的CDDP,对Hela细胞增殖的抑制率逐渐升高,并最终达到和游离CDDP组相似的凋亡率。流式细胞术的实验结论也反映出了类似的结果,这进一步说明包装在NCC-MLF中的CDDP存在一个缓慢释放的过程,随着诱导时间的不断延长,其诱导细胞凋亡的能力才逐步发挥出来。通过实验大致归纳出NCC-MLF诱导肿瘤细胞凋亡的过程,即(1) NCC-MLF直接和Hela细胞表面的铁蛋白受体结合;(2) Hela细胞通过胞饮方式转运NCC-MLF入细胞内;(3) NCC-MLF部分亚基在胞内水解,释放出CDDP;(4)释放于细胞内的CDDP诱导Hela细胞凋亡。
随后,选用蛋白质组学及相关分析技术筛选出了NCC-MLF和CDDP诱导Hela细胞凋亡过程中的25个差异表达的蛋白,并采用肽质量指纹(PMF)图谱技术给予逐一鉴定。并选择Real-time PCR技术和western blotting技术对差异蛋白进行进一步的验证,结果证明蛋白质组学技术的结果具有很高的可信度。按生物功能进行划分,这些差异蛋白质参与了细胞凋亡调节、RNA转录、蛋白合成、信号传导、细胞代谢、细胞骨架形成等过程。其中,以肿瘤蛋白D52、细胞核蛋白异构体C1/C2和翻译起始因子为代表的21个蛋白,在NCC-MLF组和CDDP组中表达趋势一致。肿瘤细胞表达的多数差异蛋白趋势相同,少量蛋白存在差异,说明NCC-MLF和CDDP诱导Hela细胞凋亡的途径与主要机制很可能是相同的,但同时可溶性耐药相关钙结合蛋白(sorcin)表达的差异也显示出NCC-MLF组比CDDP组在引起肿瘤细胞产生耐药性方面具有一定的优势。
本研究用实验结果初步揭示了纳米顺铂核铁蛋白诱导肿瘤细胞凋亡的途径与机理,为后续深入研究纳米顺铂核铁蛋白在体内的应用提供实验基础和科学依据,具有重要的科学意义和潜在的应用价值。