肿瘤相关成纤维细胞自噬调控对大肠癌放射敏感性的影响及其机制研究

摘要

目的:研究调控肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)的自噬状态对共培养大肠癌细胞放射敏感性的影响并探讨其可能机制，为大肠癌的放射增敏研究提供新的思路;通过观察自噬调控预处理的肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)与大肠癌细胞混合接种小鼠的成瘤情况及移植瘤的放射敏感性，初步探索通过调控CAFs自噬状态提高肿瘤放射治疗效果的可能性。
　　方法:（一）取新鲜直肠癌组织手术标本，进行组织块培养，反复传代纯化，获取CAFs;取大肠癌患者正常大肠粘膜原代培养获取正常成纤维细胞(CNFs)，并将其与大肠癌CCL224细胞共培养诱导生成CAFs;对CNFs及两种方法获取的CAFs进行形态学观察，并以α-SMA、vimentin及CK18、SDF-1单抗进行荧光免疫检测鉴定;（二）以MDC自噬囊泡染色法、LC3免疫荧光法比较CNFs与CAFs自噬状态;筛选自噬上调剂雷帕霉素与自噬抑制巴弗洛霉素的最佳作用时间与剂量，分别对CAFs进行自噬调控，以MDC法、LC3免疫荧光法及自噬相关蛋白Western blot法进行自噬调控效果比较;设立对照组（CAFs+大肠癌细胞组）、自噬上调组（雷帕霉素预处理CAFs+大肠癌细胞组）及自噬下调组（巴弗洛霉素预处理CAFs+大肠癌细胞），观察不同CAFs自噬状态对大肠癌侵袭与迁移能力对影响;通过观察0Gy、2Gy、4Gy、6Gy、8Gy照射后大肠癌细胞克隆形成能力、细胞凋亡等方法观察经自噬调控的CAFs对共培养大肠癌细胞放射敏感性的影响;并通过对肿瘤细胞γH2AX焦点计数以及P53、Bcl-2、Bax、caspase-3、NFkB等蛋白的检测与CAFs培养液中乳酸含量的检测，分析经自噬调控CAFs影响大肠癌放射敏感性的可能机制;（三）利用雷帕霉素与巴弗洛霉素分别对CAFs进行自噬上调与下调，按照3∶1的比例与HCT116及CCL224大肠癌细胞混合接种于BALB/c裸鼠，分肿瘤细胞单独接种组、CAFs+肿瘤混合接种组、自噬上调CAFs+肿瘤混合接种组、自噬下调CAFs+肿瘤混合接种组，每组含HCT116及CCL224亚组，每亚组6只小鼠。观察各种成瘤率、成瘤时间，瘤体体积变化与小鼠体重改变，并对成瘤小鼠进行局部外照射，比较各组受照后小鼠体重与瘤体体积变化及照后7d瘤体重量，并通过HE染色、免疫组化及Western blot等方法观察照后病理改变及相关蛋白表达变化。
　　结果:（一）利用直肠癌组织直接原代培养法或大肠粘膜原代培养获取CNFs与肠癌细胞HCT116及CCL224共培养诱导法，均可可获得α-SMA(+) SDF-1(+)vimentin(+)CK18(-)的具有典型CAFs特征的肌成纤维细胞;（二）活化的CAFs细胞比CNFs具有更高的自噬水平;400nM雷帕霉素可进一步增加CAFs自噬，Western blot检测显示DRAM、Atg5及Beclin-1、LC3等自噬相关基因表达上调，而400nM巴弗洛霉素可抑制CAFs自噬水平，DRAM、Atg5与Beclin-1基因表达下调;不同CAFs自噬状态对大肠癌CCL224侵袭与迁移能力产生影响，自噬上调组大肠癌细胞迁移能力最强，自噬下调组迁移能力最弱，在侵袭实验中，自噬上调组穿出细胞数最多，而自噬下调组穿出细胞数最少;经不同剂量照射后CCL224细胞与不同自噬状态CAFs共培养，克隆形成实验显示自噬上调组克隆形成数最多，自噬下调组克隆数最少;4Gy照射后，对照组大肠癌细胞凋亡率为36.62％，自噬上调组的细胞凋亡率为21.56％，与其他两种具有统计学差异(p＜0.05)，而自噬下调组肿瘤细胞凋亡率为47.47％，与其他两组具有显著性差异(p＜0.01);γH2AX焦点计数实验发现照射后4h及16h时，自噬下调组焦点计数明显多于其他两组;CAFs自噬改变，对凋亡相关基因的表达也产生显著影响，自噬上调组的Bcl-2、NFκB基因表达上调，而Bax、P53及caspase-3表达下调，自噬下调组为Bcl-2与NFκB表达下调，而Bax、P53、caspase-3表达上调;不同自噬水平CAFs的培养液中，乳酸含量明显不同，以自噬上调组浓度最高，自噬下调组浓度最低;（三）1×106个HCT116及CCL224细胞单独接种，小鼠成瘤率极低，而与CAFs混合接种后全部小鼠成瘤，不受CAFs自噬状态影响;CAFs自噬未调控组肿瘤体积最大、瘤体最重，自噬上调组Ki67表达最强，而自噬下调组肿瘤最小，瘤体最轻，Ki67、α-SMA及Glut-1表达最少，HCT116细胞移植瘤与CCL224细胞移植瘤中，自噬相关蛋白表达缺乏一致性，自噬上调似可增加组织Beclin-1与caspase-3的表达。
　　结论:直肠癌直接原代培养法或利用原代培养CNFs与肿瘤细胞混合培养的活化诱导法，均可获取具有典型表型与特征的CAFs，CAFs比CNFs具有更高的自噬水平;上调CAFs自噬水平，可降低共培养大肠癌细胞的放射敏感性，而抑制CAFs自噬，可增加共培养大肠癌细胞的放射敏感性;CAFs自噬调控对大肠癌放射敏感性的改变，可能与乳酸含量、促增殖/凋亡相关基因表达以及DNA损伤修复能力的变化有关。无论是否接受自噬调控预处理，CAFs均具有明显促肿瘤成瘤作用。CAFs自噬，可能是肿瘤放射抵抗的机制之一，抑制CAFs的自噬，有望增加肿瘤的放射敏感性，提高肿瘤放疗效果，值得进一步深入研究。