关键词:
胶质瘤
Erastin
铁死亡
凋亡
焦亡
摘要:
胶质瘤是一种原发性的颅内肿瘤,是最常见和浸润性极强的肿瘤之一。目前胶质母细胞瘤的标准化治疗是在最大安全范围的手术切除,然后通过单独放疗或化疗后联合替莫唑胺药物治疗,但患者的预后较差且极易复发。因此,亟待为胶质瘤患者寻找有效的治疗策略。铁死亡是2012年新发现的一种非典型的细胞死亡方式,具有铁离子依赖性、脂质过氧化产物和活性氧(reactive oxygen species,ROS)积累的特点,与细胞凋亡、焦亡、坏死等死亡方式在形态学、生化和发生机制上均不同。临床和实验研究均发现诱导肿瘤细胞铁死亡可抑制其增殖和发展,反之抑制铁死亡通路则促进肿瘤的增殖和恶性转化。已有研究证实,胶质瘤细胞中谷胱甘肽过氧化物酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)含量显著升高,铁死亡水平降低,因此,通过促进胶质瘤细胞铁死亡的发生是治疗疾病的策略之一。抗肿瘤药物Erastin可通过抑制细胞膜表面的胱氨酸/谷氨酸反转运系统(cystine/glutamate antiporter,system Xc-),抑制细胞内半胱氨酸(cysteine,Cys)的摄取,削弱谷胱甘肽的生物合成并破坏细胞内的氧化还原平衡,从而导致铁死亡。研究发现铁死亡和凋亡、自噬、焦亡等程序性细胞死亡方式密切相关。细胞铁死亡和凋亡的信号通路中会涉及到一些共同的分子,如p53、p38、VDAC2以及BAP1等。肿瘤抑制因子p53可参与细胞应激诱导细胞周期停滞和细胞凋亡,在对表达乙酰化缺陷的p533KR小鼠的研究中发现,p533KR能够抑制胱氨酸/谷氨酸反转运蛋白的关键成分SLC7A11的表达,抑制胱氨酸的摄取并使细胞对铁死亡敏感。由铁死亡介导的促凋亡蛋白Bid裂解会促进细胞凋亡的发生,且铁死亡发生在细胞凋亡的上游。在体外培养的人胰腺癌细胞中,自噬可通过降解细胞的铁蛋白导致铁死亡的发生。Erastin诱导细胞铁死亡的过程中是否伴随其他类型的细胞死亡方式还有待进一步研究。最新的研究表明,铁死亡进程中,细胞不发生破裂,但可以通过渗透机制,释放某种信号或代谢物,传播“死亡信号”诱导相邻的细胞发生铁死亡,但具体的机制尚不明确。那么,在细胞铁死亡过程中所释放的代谢物质,是否也可以通过改变细胞微环境引起其他程序性死亡方式。因此,明确Erastin触发细胞死亡中是否存在多种细胞死亡方式,阐明铁死亡与其他细胞死亡方式的关系及相关机制,将对胶质瘤的临床治疗和药物开发至关重要。为深入探讨上述问题,本实验选用大鼠星形胶质瘤C6细胞系,给予不同浓度(0.1μM、0.5μM、1μM、5μM、10μM、30μM、50μM)Erastin处理,观察铁死亡、凋亡、自噬和焦亡的生化指标及细胞形态变化。应用透射电子显微镜、蛋白质印迹(Western blot)、流式细胞术、CCK-8、荧光染色等实验技术方法,观察不同浓度Erastin处理后细胞形态学特征、检测细胞内脂质过氧化水平、GPX4蛋白的表达变化和线粒体ROS含量的变化,明确Erastin诱导的细胞损伤中铁死亡的发生。检测细胞早期凋亡水平、检测细胞色素C(cytochrome C,Cyt C)蛋白、抑凋亡蛋白Bcl-2、促凋亡蛋白Bax以及激活的凋亡效应酶cleaved caspase-3蛋白的表达变化,观察Erastin损伤中凋亡现象。透射电子显微镜观察细胞自噬形态学改变,检测LC3蛋白以及p62蛋白表达变化,观察Erastin诱导的细胞损伤中自噬的现象。透射电子显微镜观察细胞焦亡形态学改变,检测Gasdermin-D(GSDMD)、pro caspase-1、cleaved caspase-1蛋白表达变化,观察Erastin损伤中焦亡的现象。然后给予铁死亡特异性抑制剂Ferrostatin-1(Fer-1)处理,再观察上述指标。为研究铁死亡过程中分泌的代谢物质对细胞功能和存活的影响,应用Fer-1预处理Erastin损伤的C6细胞,收集条件培养基,然后处理正常培养的细胞,检测细胞早期凋亡水平、自噬和焦亡相关蛋白的变化。同时,对皮下成瘤后的雄性BALB/c Nude小鼠腹腔注射不同浓度(2.74μg/g、5.47μg/g、16.41μg/g)Erastin药物处理,每日称量小鼠体重、测量肿瘤大小变化,透射电镜观察肿瘤组织中铁死亡、自噬和焦亡的形态学特征,在整体水平探究不同剂量Erastin诱导的胶质瘤细胞的死亡方式和相互关系。研究结果如下:1.不同浓度(0.1μM、0.5μM、1μM、5μM、10μM、30μM、50μM)的Erastin药物处理C6细胞24 hrs,其中5μM、10μM、30μM、50μM组细胞存活率分别降低16.8%、41.4%、79.8%、87.1%、92%和91.9%,与对照组相比,差别具有统计学意义(P<0.001