LKB1-AMPK-mTOR信号传导通路在非小细胞肺癌细胞系中的初步研究

摘要

目的：肺癌是当今世界上严重威胁人类健康与生命的恶性肿瘤，其发生机制比较复杂。如今已普遍认为肿瘤是一种基因疾病，其中癌基因的激活和抑癌基因的失活协同多种紊乱的信号传导通路在肿瘤的发生、发展过程中起着非常重要的作用。LKB1，又名STK11基因(serine/threonine protein kinase11)，是近年来倍受关注的一个新的抑癌基因。研究显示在绝大多数散发性肿瘤中，LKB1基因的体细胞突变是罕见的，但在非小细胞肺癌中突变率高达15％-35％，而对于LKB1功能的信号传导途径目前了解的并不多，Reuben J.Shaw在MEF(小鼠胚胎成纤维细胞)研究中显示LKB1可以通过磷酸化磷酸腺苷激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)从而激活AMPK，负向调节哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)的活性，即LKB1-AMPK-mTOR信号传导通路，且目前发现mTOR信号通路过度活化与肿瘤的发生、发展密切相关。本研究选用非小细胞肺癌细胞株(none small cell lungcancer，NSCLC)A549、H460、H1792、H1299、Calu1以及遗传背景相同的同源细胞系H1299-PLK0.1(对照组空载体细胞株)和H1299-LKB1shRNA(LKB1基因稳定抑制的细胞株)，通过Western-Blot方法探讨LKB1-AMPK-mTOR信号通路在非小细胞肺癌中是否可以活化及其机理，为肺癌的靶向治疗提供新的思路。
　　 方法：
　　 1、培养NSCLC细胞株A549、H460、H1792、H1299、Calu1以及H1299-PLK0.1、H1299-LKB1shRNA，收集并裂解细胞，经Westhen Blot检测不同细胞株中LKB1的蛋白表达。
　　 2、应用不同浓度的糖代谢抑制剂2-脱氧葡萄糖(2-Deoxyglucose，2-DG)：5mM、10mM、25mM分别处理H1792、H1299、Calu1细胞株，作用2h；同时应用25mM的2-DG分别处理H1792、H1299、Calu1细胞株，作用不同的时间：30min、1h、2h；应用25mM的2-DG分别处理H1792、H1299、Calu1细胞株，作用不同的时间4h、8h、24h，各自有空白对照，比较LKB1下游靶蛋白AMPK磷酸化(p-AMPK-a-Thr172)水平的差异；选取25mM的2-DG分别处理A549、H460、H1299-PLK0.1、H1299.LKB1shRNA2h，比较AMPK磷酸化水平的差异。
　　 3、选取25mM的2-DG分别处理A549、H460、H1792、H1299、Calu1、H1299-PLK0.1、H1299-LKB1shRNA细胞株，作用2h，比较mTOR下游靶蛋白核糖体S6蛋白激酶(ribosomal protein S6 kinases，S6K)磷酸化水平(p-S6K-Thr389)及真核细胞翻译启始因子4E结合蛋白1(eukaryotic initiation factor4E bindingprotein1，4EBP1)磷酸化水平(p-4EBP1-Ser65)的差异。
　　 4、应用10μM的Compound C(AMPK活性抑制剂)预先处理H1792细胞株，作用30min，然后再应用25mM的2-DG处理细胞2h，比较mTOR下游靶蛋白S6K、4EBP1磷酸化水平的差异。
　　 结果：
　　 1、LKB1在H1299、H1792、Calu1(LKB1基因野生型细胞株)中存在特异性表达带；而在A549、H460(LKB1基因突变细胞株)中不表达，LKB1信号在H1299-PLK0.1细胞中要明显强于LKB1基因稳定抑制的细胞系H1299-LKB1shRNA。
　　 2、给予2-DG处理后，H1299、H1792、Calu1细胞中，2-DG浓度为5mM时p-AMPK-α-Thr172即可见升高，随着浓度增加，p-AMPK-α-Thr172渐升高，呈剂量依赖效应，作用30min即起效，持续时间可达24h；A549、H460细胞中，p-AMPK-α-Thr172未见升高；H1299-PLK0.1细胞系中可见到p-AMPK-α-Thr172显著升高；而H1299-LKB1shRNA细胞系中p-AMPK-α-Thr172则没有明显升高。
　　 3、给予2-DG处理后，H1299、H1792、Calu1细胞中可见S6K、4EBP1磷酸化水平明显降低；A549、H460细胞中未见S6K磷酸化水平明显下调；H1299-PLK0.1细胞系中可见到S6K磷酸化水平明显降低，而H1299-LKB1shRNA细胞系中未见S6K磷酸化水平明显下调。
　　 4、应用Compound C预处理后再加入2-DG，H1792细胞中未见S6K、4EBP1磷酸化水平明显下调。
　　 结论：
　　 1、在LKB1基因野生型细胞株H1792、H1299、Calu1中，2-DG可以使得AMPKa亚单位活化环上172位点苏氨酸残基磷酸化，激活AMPK活性；在LKB1基因突变细胞株A549、H460中以及LKB1基因稳定抑制的H1299-LKB1shRNA细胞系中，LKB1蛋白的表达和功能明显受到抑制，无法磷酸化激活AMPK。
　　 2、LKB1激活AMPK活性后可以抑制mTOR活性，抑NS6K和4EBP1的磷酸化，LKB1功能丧失和AMPK活性丧失均可以阻断LKB1-AMPK对mTOR的负向调控。
　　 3、在非小细胞肺癌LKB1-AMPK-mTOR信号通路可以活化。