关键词:
前列腺癌
双联苄化合物
蛋白酶体
自噬性死亡
ATF3
摘要:
前列腺癌(prostate cancer, PCa)是欧美国家老年男性最常见的恶性肿瘤,其死亡率仅次于肺癌。虽然我国前列腺癌的发病率明显低于西方国家,但随着人口老龄化、饮食结构的改变等,我国前列腺癌发病率,特别是晚期前列腺癌的发病率呈显著上升趋势。据预计10年后,前列腺癌在我国的发病率可能会超过60-70/10万,已成为威胁我国老年男性健康的恶性疾病之一。
前列腺癌是激素依赖性肿瘤,因此内分泌治疗是治疗前列腺癌的首选标准方案。然而绝大多数前列腺癌患者经内分泌治疗1-2年后易发展为激素难治性前列腺癌(Hormone Refractory Prostate Cancer,HRPC),对雄激素撤除不敏感,抵抗凋亡并伴随侵袭转移,预后差,死亡率高,目前临床尚无有效的治疗方法。由于HRPC的演变是复杂的多因素、多信号途径参与的过程,其机制尚不完全清楚,因此寻找有效的治疗靶点及机制,产生多种途径的协同效应,是治疗前列腺癌的有效策略之一。
第一部分地钱素M抑制蛋白酶体的活性,诱导细胞内质网应激和凋亡
泛素-蛋白酶体系统(Ubiquitin-proteasome system, UPS)是真核生物细胞内重要的蛋白质质量控制体系之一。UPS通过将小分子蛋白泛素与靶蛋白的赖氨酸残基共价结合,从而将其泛素化。泛素标记的蛋白被蛋白酶体特异性地识别并迅速降解。UPS通常降解受损变性蛋白、短寿命的调控蛋白等,对于细胞周期运转、凋亡与分化、信号转导等生理过程起着重要的调控作用。恶性肿瘤细胞内蛋白代谢紊乱,蛋白酶体活性升高,UPS调节失衡,使得肿瘤细胞更加依赖UPS,以维持细胞内稳态。因此,肿瘤细胞对蛋白酶体抑制剂更加敏感,蛋白酶体也成为肿瘤治疗的新靶点,开发针对UPS的抑制剂在肿瘤治疗中具有广阔的前景,而天然化合物以其独特的结构、多样的生物学活性更是备受关注。
双联苄(Bisbibenzyls)是苔藓植物中分离得到的一类大环多酚类化合物,因联苄之间的连接方式不同、取代基不同而具有结构新颖、多样的特点,具有抗真菌、抗炎、抗肿瘤等多种生物活性。本课题组前期研究发现双联苄类化合物地钱素M(Marchantin M,Mar)显著抑制前列腺癌细胞的增殖、促进其凋亡。由于地钱素M的结构与茶多酚的功能区域相似,而茶多酚已被证明是蛋白酶体的不可逆抑制剂。我们推测地钱素M可能具有抑制蛋白酶体活性的功能。为此,我们研究了地钱素M对重组纯化的20S蛋白酶体、前列腺癌细胞内蛋白酶体活性的影响,并对其生物学效应进行了分析,取得了以下研究结果:
一、地钱素M显著抑制蛋白酶体活性,是新的可逆性蛋白酶体抑制剂
1.地钱素M显著抑制蛋白酶体胰凝乳样蛋白酶(ChT-L)和肽基谷氨酰多肽解酶(PGPH)活性。Mar显著抑制重组纯化的20S蛋白酶体中ChT-L和PGPH活性,呈剂量依赖性。其半数抑制率分别为6.99和5.33μM。但不影响胰蛋白酶样活性。细胞实验表明,地钱素M对激素非依赖性前列腺癌PC3,DU145细胞和激素依赖性前列腺癌LNCaP细胞内26S蛋白酶体显示同样的抑制作用,且呈时间和剂量依赖性。表达差异谱基因芯片数据显示,地钱素M并不影响UPS途径中各组分的基因表达。
2.地钱素M是新的可逆性蛋白酶体抑制剂。通过Autodock vina软件分析发现,地钱素M能与蛋白酶体的β1(PGPH)和β5(ChT-L)亚基结合。二者主要依靠氢键、疏水键等非共价键相互作用,其自由能分别为:-7.4kcal/mol和-6.5kcal/mol。林-贝氏双倒数作图法表明,地钱素M对蛋白酶体的抑制呈现较典型的非竞争性抑制的方式。上述结果表明,地钱素M是一种新的蛋白酶体可逆的抑制剂。
3.地钱素M抑制蛋白酶体活性,导致前列腺癌细胞内多泛素化蛋白累积,且呈时间、剂量依赖性。
二、地钱素M抑制蛋白酶体活性,导致内质网相关蛋白降解途径(ERAD)受阻,诱导内质网应激和细胞凋亡
1.地钱素M介导的蛋白酶体抑制,抑制ERAD,诱导内质网应激。地钱素M处理前列腺癌细胞后,导致经ERAD降解的蛋白如突变蛋白CFTRAF508、SPCA4在内质网堆积;电镜下观察到内质网肿胀,激光共聚焦结果显示高浓度的地钱素M可引起内质网空泡化;Western blotting结果表明,内质网伴侣蛋白GRP78表达显著上调、PERK及其下游eIF2α磷酸化水平升高;定量PCR分析显示应激分子***4及其靶基因ATF3表达显著增加;IRE1激活并剪接XBP1的mRNA,激活XBP1。上述结果表明,地钱素M抑制蛋白酶体活性导致内质网内未折叠或错误折叠的蛋白累积,诱导内质网应激。
2.地钱素M诱导前列腺癌细胞凋亡。地钱素M呈剂量依赖性抑制激素依赖