重金属污染物砷通过SVIP蛋白调控的自噬对肠癌的影响

摘要

现今,癌症仍是全球一个主要的死亡原因。目前认为癌症的发生发展主要受包括染色质失衡等在内的遗传因素,以及包括物理致癌剂、饮食、感染及环境污染等在内的环境因素的共同影响。此类因素均会引起错误折叠蛋白质或者未折叠的蛋白质在细胞内积聚;而这些蛋白质主要通过内质网相关降解途径(Endoplasmic reticulum-associated degradation,ERAD)清除,包括泛素蛋白酶体途径（Ubiquitin/proteasome pathway)以及自噬溶酶体途径（Autophagic/lysosomal pathway)。如果降解过程出现异常,便可能引发包括癌症在内的多种疾病。
　　砷（Arsenic)被国际癌症研究机构（International Agency of Research on Cancer,IARC)归类于有害于人体健康的一级致癌剂。其广泛应用于农业、工业等各个方面,主要通过污染水体威胁人类健康,是目前常见的重金属环境污染物。长期接触砷及其化合物,尤其是常见的三氧化物(Arsenic trioxide,As2O3),与多种癌症的发病密切相关。研究发现,As2O3的致癌作用涉及促进肿瘤血管形成、引起氧化应激、阻碍DNA修复和破坏基因组的稳定性等机制。但这种环境污染中低剂量的As2O3对于肿瘤进展的作用机制以及与ERAD尤其是自噬之间是否具有关联,目前仍不十分明确。
　　自噬,作为真核生物体内降解蛋白质聚集体和细胞器的主要途径,可以被缺氧、营养缺乏、代谢应激以及环境致癌剂等刺激激活。其主要过程为双层膜结构包裹部分细胞质、细胞器及蛋白质,形成自噬体(autophagosome);自噬体与溶酶体发生膜的融合,形成自噬溶酶体(autophagolysosome),通过各种溶酶体水解酶降解所包含的的内容物,实现维持细胞和机体内环境的平衡的作用。研究认为,自噬与包括癌症在内的人类多种疾病密切相关,并且自噬在肿瘤发生发展的过程中起到抑制和促进的双重作用:在初期,自噬通过清除功能障碍的蛋白质或细胞器解除应激从而抑制肿瘤的发生;而对于肿瘤细胞来说,自噬提供营养供应等保护措施以降低各种应激所致的损伤;同时,一些抗癌药亦可以通过引发强烈的自噬使肿瘤细胞自我降解,通过这种自噬性细胞死亡(Autophagic cell death)最终达到癌症治疗的效果。基于对肿瘤的复杂作用,自噬是目前肿瘤发病与治疗机制的研究热点。
　　自噬调控的分子机制复杂多层。SVIP蛋白是近年来新发现的一种VCP结合蛋白。最新的研究提示,SVIP对自噬具有调控作用。我们实验中首先发现SVIP在肿瘤细胞系中存在明显的表达差异性;并且,在人类结直肠癌细胞系SW480以及与其同遗传背景的结直肠癌淋巴结转移灶细胞系SW620中,SVIP在SW620细胞中的表达明显高于SW480。我们降低 SVIP在SW620中的表达,或者上调SVIP在SW480中的表达后,两种细胞株的克隆形成能力均有降低。这预示着SVIP对结直肠癌细胞的生长可能存在影响。同时,我们用环境致癌剂 As2O3处理这两种细胞系,发现细胞中SVIP的蛋白水平和mRNA水平均被上调;同时通过检测自噬标记物 LC3和p62的水平变化发现,As2O3处理细胞后引起了自噬,并可以被自噬抑制剂Bafilomycin A1(Baf-A1)阻断。为了进一步探寻As2O3在结直肠癌细胞系中引发自噬的机制,我们用经典的饥饿诱导自噬实验作为阳性对照。实验发现,饥饿处理细胞后同样引发了自噬,但SVIP的水平并没有上调,反而呈现降低的趋势。这预示着As2O3引发的自噬与饥饿诱导的自噬机制并不相似,并且SVIP蛋白可能参与调节。我们发现,当 SVIP在 SW620细胞中的表达被降低后,LC3的表达呈现降低趋势,并且加用As2O3处理后并未得到恢复,提示自噬可能受到抑制;这可能是细胞在降低SVIP表达后克隆形成能力随之降低的原因。此外,As2O3长期低剂量诱导促进了结直肠癌细胞 SW620和SW480的克隆形成能力、增殖能力以及迁移能力,提示As2O3可能是癌症进展的促进因素。综合以上实验结果,我们发现 SVIP影响了人结直肠癌细胞 SW620和SW420的生长以及环境致癌剂As2O3引起的细胞自噬;长期低剂量 As2O3接触促进了癌症的进展,而低剂量的As2O3所引起的自噬可能是其机制之一。

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1.引言

2 实验材料和方法

2.1实验材料

2.2实验方法

3 结果

3.1 蛋白质SVIP在人结直肠癌细胞SW620中表达高于SW480细胞

3.2 SVIP影响人结直肠癌细胞的克隆形成能力

3.3 As2O3上调SVIP在结直肠癌细胞中的表达，同时诱导细胞发生自噬

3.4 As2O3诱导结直肠癌细胞发生自噬的机制不同于饥饿诱导自噬的机制

3.5 As2O3处理结直肠癌细胞后发生的自噬与SVIP的水平密切相关

3.6 As2O3慢性诱导对结直肠癌细胞生物行为学的影响

4 讨论

5 结论

参考文献

致谢

综述