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細胞因子、Cacna2d1、OGDH和FH對細胞以及腫瘤細胞干性調(diào)控機制的體內(nèi)外研究

發(fā)布時間:2018-03-31 16:08

  本文選題:白介素 切入點:Cacna2d1 出處:《鄭州大學(xué)》2017年博士論文


【摘要】:腫瘤是全人類共同面臨的健康威脅,越來越多的研究表明,引起腫瘤發(fā)生發(fā)展的是一小簇起決定性作用的腫瘤干細胞。腫瘤干細胞,具有巨大的自我更新和無限增殖的能力,并具有巨大的分化潛能。正常干細胞是受體內(nèi)控制的,但腫瘤干細胞不受控制,可以無限增殖和轉(zhuǎn)移。腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個多基因、多步驟、多信號通路參與的過程,從正常細胞逐步發(fā)展到腫瘤狀態(tài),細胞的特性也隨之發(fā)生了變化。正如Hanahan Duglas教授研究所揭示的,具體來講腫瘤細胞具有如下特點:1)維持增殖信號;2)逃避生長抑制因子;3)逃避免疫監(jiān)視;4)無限增殖;5)促進炎癥發(fā)生發(fā)展;6)激活侵襲轉(zhuǎn)移;7)誘導(dǎo)血管生成;8)誘導(dǎo)基因突變;9)抗凋亡;10)warburg效應(yīng)-重新編程能量代謝。腫瘤干細胞的存在也是腫瘤放化療耐藥及復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的主要原因。因此,對腫瘤細胞干性調(diào)節(jié)機制的研究也是腫瘤干細胞研究的重要課題之一。以腫瘤細胞為研究對象,進行腫瘤干細胞的研究,是目前較為流行,也是研究比較廣泛和深入的。越來越多的研究表明,腫瘤微環(huán)境對腫瘤的發(fā)生發(fā)展也起著至關(guān)重要的作用。腫瘤細胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移,特別是腫瘤的血管生成和上皮向間質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程中,腫瘤生存賴以維持的微環(huán)境隨之發(fā)生變化,為腫瘤干細胞提供了新的研究方向和研究思路。前列腺癌最容易復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移到骨髓,在無進展生存期,患者并沒有表現(xiàn)出任何與腫瘤生長相關(guān)的癥狀,但是此時腫瘤干細胞已經(jīng)潛藏且休眠于骨髓中,說明某種情況下的骨髓微環(huán)境適宜于腫瘤干細胞的生存,但是其具體的分子生物學(xué)機制尚不清楚。本研究通過探討來源于骨髓的不同白介素細胞因子3、6、10、11和24對前列腺癌細胞在體外的干性調(diào)節(jié)機制,進一步了解為什么前列腺癌細胞可以在骨髓中長期潛伏,為前列腺癌無病生存期的治療提供實驗基礎(chǔ)。腫瘤發(fā)生與癌基因和抑癌基因的關(guān)系密不可分,由于基因的異常激活或下調(diào),導(dǎo)致正常細胞發(fā)生變異,從而逐步進化到腫瘤甚至惡性腫瘤狀態(tài)。有研究表明,腫瘤干細胞是放療和化療失敗的主要原因,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量的腫瘤干細胞標(biāo)記物,如CD44、ABCG2、SOX2、NANOG、CD133等。研究表明,通過流式細胞儀的分選等技術(shù)手段,結(jié)合腫瘤標(biāo)記物可有助于幫助檢測腫瘤干細胞,實現(xiàn)早期診斷腫瘤,或者富集腫瘤干細胞,研究臨床有效的靶向藥物。因此非常有必要篩選出有臨床價值的腫瘤標(biāo)志物。我們實驗室通過系列的基因敲除和線粒體功能抑制手段,建立了一系列慢周期高干性的前列腺癌和卵巢癌的細胞系,這些細胞都表現(xiàn)出特殊的腫瘤干細胞特性,并且對化療和放療高度不敏感。我們通過對這些細胞進行轉(zhuǎn)錄組深度測序,證明腫瘤干細胞因子Cacna2d1在這些細胞系中高表達,因此我們決定研究Cacna2d1在卵巢癌組織中的表達及其與臨床預(yù)后的相關(guān)關(guān)系,探索Cacna2d1在卵巢癌的診斷和治療方面的可能性。腫瘤在體內(nèi)的發(fā)生發(fā)展是一個多通路交叉、多因素相互影響的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體,體外模擬培養(yǎng)腫瘤細胞,便于直觀觀察和研究,但是由于整個生命有機體是一個系統(tǒng),結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,使得細胞研究存在一定的局限性。雖然線粒體有完整的雙層膜保護,但他們?nèi)匀灰资軆?nèi)部和外部的有害刺激,諸如毒性藥物和氧化應(yīng)激等。研究發(fā)現(xiàn),強烈的線粒體受損易導(dǎo)致細胞凋亡或壞死,但若受損的線粒體細胞被持續(xù)攜帶遺傳,則會導(dǎo)致嚴(yán)重的代謝紊亂,表現(xiàn)出“Warburg效應(yīng)”。研究已經(jīng)證實,腫瘤干細胞最為顯著的特點在于其與正常細胞不同的能量代謝途徑—“Warburg效應(yīng)”。1956年,Dr.Otto Warburg首次提出,癌細胞在有氧存在的情況下,依然產(chǎn)生持續(xù)增高的葡萄糖攝取率和乳酸產(chǎn)量,表明腫瘤細胞優(yōu)先選擇有氧糖酵解代謝途徑。研究發(fā)現(xiàn),Warburg效應(yīng)給予腫瘤細胞更有利的生長優(yōu)勢,包括更快的生產(chǎn)ATP、更迅速的使氨基酸合成為蛋白質(zhì)及核酸的DNA復(fù)制,合成細胞增殖所需的脂質(zhì)細胞生物膜以及產(chǎn)生酸性環(huán)境等,這對正常細胞是有害的,但是對腫瘤細胞卻是有益的,可產(chǎn)生較少的活性氧,從而使癌細胞逃避高濃度活性氧的損害,誘導(dǎo)腫瘤細胞抗凋亡。更為重要的是,研究已經(jīng)注意到,線粒體呼吸相關(guān)酶的遺傳改變與癌癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),代謝障礙誘導(dǎo)細胞干性上調(diào),誘發(fā)腫瘤。研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)突變的延胡索酸脫氫酶fumarate hydratase,FH)與遺傳性平滑肌瘤病和腎細胞癌(carcinomas arising in the hereditary leiomyomatosis renal cell carcinoma syndrome,HLRCC)密切有關(guān);诖,開展線粒體內(nèi)三羧酸循環(huán)代謝通路的研究,從代謝途徑找到靶向腫瘤干細胞的突破口,有可能是一個有前景且具有特定靶向意義的治療策略。因此,為了更加深入透徹的探究腫瘤干細胞的作用機制,本研究采用TALEN基因編輯技術(shù),構(gòu)建α-酮戊二酸脫氫酶(α-oxoglutarate dehydrogenase,OGDH)和延胡索酸脫氫酶基因缺陷型大鼠,在體內(nèi)破壞三羧酸循環(huán)代謝通路,迫使細胞進行有氧糖酵解,從而探討其啟動腫瘤干細胞、誘發(fā)腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用機制。綜上所述,在細胞生物學(xué)方面,我們針對腫瘤微環(huán)境,研究來源于骨髓的白介素細胞因子3、6、10、11和24對前列腺癌細胞干性的影響;在臨床方面,采用免疫組織化學(xué)法,分析腫瘤干細胞樣標(biāo)記物Cacna2d1對238例卵巢癌組織樣本臨床表型及預(yù)后的影響,探討其與卵巢癌的臨床診斷和治療的潛在價值;在體內(nèi)研究方面,采用TALEN基因編輯技術(shù),建立SD大鼠三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle,TCA)關(guān)鍵酶OGDH和FH的基因敲除動物模型,以期進一步探討TCA循環(huán)障礙與腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用機制,為更好的研究腫瘤的發(fā)生發(fā)展提供穩(wěn)定可持續(xù)的動物模型。總之,為了更加深入透徹的了解腫瘤干細胞的作用機制,本研究著眼于細胞、臨床和動物體內(nèi)三個不同階段,展開了全面深入的研究,以期闡明細胞以及腫瘤細胞干性調(diào)節(jié)的因素及作用機制。第一部分細胞因子白介素3、6、10、11和24對前列腺癌細胞干性調(diào)控的影響研究方法1.檢測不同白介素細胞因子對前列腺癌LNCa P和PC-3細胞生長增殖影響的最佳濃度;2.劃痕實驗檢測細胞因子白介素3、6、10、11和24對細胞遷移能力的影響;3.Transwell實驗檢測細胞因子白介素3、6、10、11和24對細胞伸展及侵襲能力的影響;4.流式細胞儀檢測細胞因子白介素3、6、10、11和24對細胞凋亡的影響,及其對前列腺癌LNCa P和PC-3細胞化療敏感性的影響;5.RT-PCR和Western Blot分別在基因水平和蛋白水平檢測細胞因子白介素3、6、10、11和24對腫瘤干細胞標(biāo)記物SOX2的影響,采用細胞免疫熒光技術(shù)檢測SOX2在細胞的定位,并驗證其蛋白表達水平的變化;6.克隆形成實驗檢測細胞因子白介素3、6、10、11和24對前列腺癌干性調(diào)控的影響;7.流式細胞儀檢測細胞因子白介素3、6、10、11和24對腫瘤干細胞標(biāo)記物CD44和ABCG2表達的影響。研究結(jié)果1.白介素3、6和11顯著促進前列腺癌LNCa P和PC-3細胞的生長和增殖,而白介素10和白介素24則顯著抑制前列腺癌LNCa P和PC-3細胞的生長和增殖,且其最佳濃度均為5ng/ml;2.劃痕實驗和Transell實驗表明白介素3、6和11顯著增強前列腺癌LNCa P和PC-3細胞遷移、伸展和侵襲能力,而白介素10和白介素24則顯著降低細胞的遷移、伸展和侵襲能力。3.流式細胞儀結(jié)果顯示白介素3、6和11增強細胞的抗凋亡能力,且增強化療耐藥性,同時增加干細胞標(biāo)記物CD44和ABCG2的表達,而白介素10和白介素24則顯著誘導(dǎo)細胞凋亡,并增強化療敏感性,降低干細胞標(biāo)記物CD44和ABCG2的表達;4.白介素3、6和11顯著增強干細胞標(biāo)記物SOX2在基因水平和蛋白水平的表達,并增強細胞的克隆形成能力,而白介素10和白介素24則顯著抑制SOX2的表達,并抑制細胞克隆形成能力;5.應(yīng)用SPSS 22.0軟件,兩組數(shù)據(jù)之間的比較采用t檢驗,多組數(shù)據(jù)之間的比較采用單因素方差分析,P0.05被認為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。第二部分腫瘤干細胞因子Cacna2d1對卵巢癌臨床表型及預(yù)后的影響研究方法1.采用免疫組織化學(xué)法檢測238例卵巢癌組織中Cacna2d1的表達水平及細胞定位;2.分析Cacna2d1蛋白表達與臨床病理學(xué)特征以及患者生存期之間的關(guān)系。3.應(yīng)用SPSS22.0軟件,采用單因素方差分析檢測Cacna2d1表達與各臨床病理學(xué)特征之間的關(guān)系;中位數(shù)和生存曲線采用Kaplan-Meier法,組間差異用log-rank分析檢驗,多因素分析采用Cox回歸方法進行探討。在所有的分析中,P值0.05被認為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。研究結(jié)果1.在238例卵巢癌組織中,有199例(83.6%)Cacna2d1表達陽性,主要表達于卵巢癌的細胞膜/細胞質(zhì)中,且高表達于卵巢癌細胞侵襲前沿。陽性表達樣本中,107(44.9%)例弱表達,92(38.7%)例高表達。其中的158例漿液性卵巢癌中,148(93.7%)例表達陽性,88(55.7%)例弱表達,60(38.0%)高表達Cacna2d1。2.在卵巢癌組織樣本中,Cacna2d1表達與卵巢癌分期、病理學(xué)類型和分化程度密切相關(guān);在漿液性卵巢癌組織樣本中,Cacna2d1的表達與卵巢癌分期和分化程度密切相關(guān)。3.腫瘤干細胞因子Cacna2d1高表達與差的卵巢癌預(yù)后(包括無進展生存期和總生存期)密切相關(guān)。第三部分OGDH和FH基因敲除SD大鼠的構(gòu)建研究方法1.采用TALEN基因編輯技術(shù),設(shè)計、構(gòu)建TALEN質(zhì)粒,靶向敲除SD大鼠的OGDH和FH基因,用熒光素酶活性法篩選出最有效質(zhì)粒,顯微注射法將質(zhì)粒打入SD大鼠的受精卵后測序鑒定。2.在同一時間點對野生型和基因敲除型大鼠分別進行飲食習(xí)慣、活動狀態(tài)、毛發(fā)顏色的觀察及定時的體重測量。3.Western Blot檢測野生型和基因敲除型SD大鼠肝組織中OGDH的蛋白表達水平。RT-PCR和Western Blot分別檢測野生型和基因敲除型SD大鼠心、肝、肺、腎、腦、脾、胃、睪丸中FH在基因水平和蛋白水平的表達情況。4.提取肺原代成纖維細胞,細胞免疫熒光檢測細胞中FH基因的表達情況。5.DNA測序檢測孕早期和孕晚期SD大鼠中FH基因在胚胎的表達情況。6.分別檢測野生型和FH基因敲除型SD大鼠的血常規(guī)、血生化,分析敲除FH基因?qū)ρ号R床指標(biāo)的影響,并采用血涂片技術(shù),檢測血細胞的變化。7.HE組織學(xué)檢測野生型和FH基因敲除型SD大鼠腎組織的病理變化,免疫組織化學(xué)法檢測兩者腎組織中Ki67、p53和SOX9的表達情況。研究結(jié)果1.成功構(gòu)建了靶向OGDH和FH基因的TALEN質(zhì)粒,并篩選了最有效的TALEN質(zhì)粒對,測序證實成功敲除OGDH基因第一外顯子的8個堿基和FH基因第一外顯子的11個堿基,兩者測序均為基因敲除雜合子型。2.與野生型動物相比,OGDH和FH基因SD敲除型大鼠配對的出生率顯著降低。體重觀察結(jié)果顯示,基因敲除型大鼠的體重明顯高于野生型,尤其是雄性大鼠的體重顯著增高。3.Western Blot結(jié)果表明,OGDH基因敲除型SD大鼠的肝組織樣本中,OGDH的蛋白表達水平顯著下降。RT-PCR和Western Blot結(jié)果顯示FH基因敲除型大鼠的心、肝、肺、腎、腦、脾、胃、睪丸中FH在基因水平和蛋白水平的表達均有不同程度的下降。4.免疫熒光證實,與野生型相比,原代肺成纖維細胞中FH蛋白的表達水平顯著下降。5.養(yǎng)育至第四代FH基因敲除SD大鼠均未發(fā)現(xiàn)有純合子的出生,同時胚胎測序也均未發(fā)現(xiàn)FH基因敲除純合子的存在。6.血常規(guī)檢測顯示白細胞計數(shù)、血小板亞積、單核細胞、淋巴細胞和嗜酸粒細胞數(shù)均增高,血生化結(jié)果提示FH基因敲除型SD大鼠的血尿素氮和肌酐水平均顯著增高,而血尿酸水平顯著下降,以上均提示FH基因敲除型大鼠的腎臟出現(xiàn)病理變化。7.更深入的研究發(fā)現(xiàn),與野生型相比,FH基因敲除型大鼠的腎臟組織存在嚴(yán)重的病理變化:腎髓質(zhì)小灶部分存在間質(zhì)性病變,細胞核大、深染,具有多形性,染色質(zhì)增粗。免疫組化結(jié)果顯示,與野生型相比,FH基因敲除型SD大鼠腎組織的Ki67、p53和SOX9的表達水平均顯著增高。研究結(jié)論1.白介素3、6和11促進前列腺癌LNCa P和PC-3細胞的生長增殖、遷移和侵襲能力,并通過上調(diào)腫瘤干細胞標(biāo)記物SOX2、CD44和ABCG2的表達,增強細胞的化療耐藥性及抗凋亡和克隆形成能力,表明白介素3、6和11刺激前列腺癌細胞后,可顯著上調(diào)前列腺癌細胞的干性程度。而白介素10和白介素24的作用則相反,其通過下調(diào)前列腺癌細胞的干性程度,抑制細胞生長增殖、遷移、侵襲、抗凋亡和克隆形成能力,是前列腺癌的抑癌影響因子。2.臨床研究結(jié)果顯示腫瘤干細胞因子Cacna2d1的高表達與卵巢癌的臨床分期密切相關(guān),與卵巢癌預(yù)后差顯著相關(guān),強烈提示Cacna2d1有可能是新的有前景的卵巢癌預(yù)后監(jiān)測標(biāo)記物。3.構(gòu)建OGDH和FH基因敲除型大鼠,破壞正常的三羧酸循環(huán)代謝途徑,迫使細胞進行有氧糖酵解,進而上調(diào)細胞的干性,初步發(fā)現(xiàn)FH雜合子大鼠的腎上皮細胞在出生后的6個月后有癌前病變樣轉(zhuǎn)化,而且區(qū)域性的腎上皮細胞高表達Ki67、p53和SOX9。且FH基因的完全敲除都具有胚胎致死性。我們的研究結(jié)果初步提示,細胞長期具有Warburg異常糖代謝,可能是腫瘤發(fā)生的基礎(chǔ)之一。本研究可作為研究Warburg效應(yīng)和腫瘤發(fā)生發(fā)展,以及Warburg效應(yīng)與腫瘤干細胞相互關(guān)系的動物模型。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】:鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號】:R730.2

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6 洪少馥;超聲輻照聯(lián)合紫杉醇對三維腫瘤球細胞毒性效果評價及其機制的研究[D];南方醫(yī)科大學(xué);2015年

7 張成龍;利用CD133~+腫瘤表面標(biāo)記物分離、鑒定和培養(yǎng)胃癌腫瘤干細胞的實驗研究[D];昆明醫(yī)科大學(xué);2015年

8 尹曉龍;卵巢癌腫瘤干細胞的研究進展[D];蚌埠醫(yī)學(xué)院;2015年

9 劉觀成;鼻咽癌中腫瘤干細胞標(biāo)記物的表達研究[D];桂林醫(yī)學(xué)院;2015年

10 徐望;5-氟尿嘧啶對人舌鱗癌Tca8113中腫瘤干細胞富集作用[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2015年

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