热化疗靶向HIF-1α/BNIP3/Beclin1自噬信号通路调控舌鳞癌细胞低氧微环境下迁移与凋亡的机制研究

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【目的】:口腔鳞状细胞癌(Oral squamous cell carcinoma,OSCC)是头颈部最常见的恶性肿瘤,其发病率高且预后极差。热疗(Hyperthermia,HT)是一种微创疗法并常作为放化疗的辅助治疗。肿瘤细胞在应激性微环境中通过激活自噬以促进其生存,而抑制自噬被认为是一种有前景的抗癌策略。本研究的目的是1.研究OSCC组织中低氧诱导因子1α(Hypoxia inducible factor 1α,HIF-1α)及重组人BNIP3相关蛋白(Bcl-2/adenovirus E1B 19-k Da-interacting protein 3,Beclin1)的表达情况及与临床病例特征的关系。2.研究在正常氧及低氧微环境中,HT对肿瘤细胞自噬的影响。3.低氧及营养缺乏微环境下,热化疗联合通过调控自噬对OSCC细胞迁移与凋亡的影响,以揭示热化疗新的抗癌机制。【方法】:1.免疫组织化学染色(Immunohistochemistry,IHC)方法检测OSCC组织和癌旁(肿瘤边缘)正常组织中HIF-1α和Beclin1的表达水平,并分析HIF-1α、Beclin1表达水平与患者年龄、肿瘤大小、组织学分型及淋巴结转移的关系。2.CCK-8实验检测氯化钴(cobalt chloride,CoCl2)、利非西呱(3-(5′-hydroxymethyl-2′-furyl)-1-benzylindazole,YC-1)和甲基腺嘌呤(Methyladenine,3-MA)的半数抑制浓度IC50。3.CoCl2模拟缺氧(Hypoxia,Hy)微环境,无血清的RPMI1640培养基构建营养缺乏的肿瘤微环境。4.RT-PCR和WB检测正常氧及缺氧微环境中,HT对细胞自噬的影响;以及缺氧微环境中,热化疗联合使用对肿瘤细胞自噬的调控作用。5.酶联免疫实验(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)检测各组细胞中高迁移蛋白(high mobility group box-1,HMGB1)的分泌情况。6.细胞划痕实验检测各组细胞的迁移能力。7.采用流式细胞术,Annexin V FITC/PI凋亡试剂盒检测各组细胞的细胞凋亡量。【结果】:1.IHC结果显示,HIF-1α和Beclin1在OSCC组织中的表达量明显高于癌旁(距肿瘤边缘2cm)正常组织,且二者的表达水平均与肿瘤大小、组织学分级、TNM分期及有无淋巴结转移有关,而与患者年龄及性别无关。2.CoCl2能诱导HIF-1α的m RNA和蛋白表达且呈浓度依赖性;在Cal-27和SCC-15细胞中,CCK8法测定YC-1的IC50值分别为24.37μM和34.72μM,而3-MA的IC50值分别为35.77μM和30.89μM,并用于后续实验。3.在营养缺乏的肿瘤微环境中,Cal-27和SCC-15细胞在常氧条件下通过HT处理后以及低氧条件下无热疗处理时,自噬相关基因Beclin1和LC3II的m RNA和蛋白表达量以及HMGB1的分泌量升高伴随地P62的m RNA和蛋白表达量降低,且HIF-1α和BNIP3的m RNA和蛋白表达量,在正常氧条件下通过HT处理时无变化而在Hy条件下无HT处理时明显增加,同时,HT联合Hy能促进HIF-1α/BNIP3/Beclin1信号通路和LC3II的m RNA和蛋白表达以及HMGB1分泌的能力最强,伴随地P62的m RNA和蛋白表达量降低最明显(p<0.05)。4.在营养缺乏的低氧性肿瘤微环境中,相比于单纯HT和HT联合3-MA时,HT+YC-1及HT+YC-1+3-MA均能抑制Cal-27和SCC-15细胞HIF-1α和BNIP3的m RNA和蛋白表达,且后者的抑制能力明显强于前者(p<0.05),而HIF-1α和BNIP3的m RNA和蛋白水平在HT组和HT+3-MA组之间及HT+YC-1组和HT+YC-1+3-MA组之间无差异(p>0.05)。相反,自噬相关基因Beclin1、P62、LC3II的m RNA和蛋白表达量和HMGB1的分泌量,相比于单纯HT组和HT+YC-1组,HT+3-MA组明显降低,而HT+YC-1+3-MA组相比于以上三组表达量最低;同时,HT+YC-1组抑制Beclin1、P62、LC3II的m RNA和蛋白表达及HMGB1的分泌能力明显强于HT+Hy组而弱于HT+3-MA组(p<0.05)。5.在营养缺乏的微环境中,Hy促进细胞迁移并抑制细胞凋亡,而HT在常氧和Hy条件下均能抑制细胞迁移并促进细胞凋亡,且HT在Hy条件下的抗癌性能被减弱。在营养缺乏的低氧微环境中,相比于单纯HT,HT联合药物YC-1和3-MA能明显促进细胞凋亡并抑制细胞迁移,且三者联合使用的抗癌性能最强(p<0.05);相反,HT+YC-1组与HT+3-MA组在抑制细胞迁移及促进细胞凋亡上无统计学差异(p>0.05)。【结论】:1.HIF-1α和Beclin1在OSCC组织中表达水平与肿瘤大小、组织学分级、TNM分期及有无淋巴结转移有关。2.CoCl2能成功构建低氧微环境并诱导HIF-1α的表达。3.热疗与低氧通过激活HIF-1α/BNIP3/Beclin1自噬信号通路及促进HMGB1的分泌促进肿瘤细胞自噬、细胞迁移增加而降低细胞凋亡。4.热疗联合YC-1和3-MA抑制HIF-1α/BNIP3/Beclin1自噬信号通路和HMGB1的分泌来靶向自噬、抑制细胞迁移并促进细胞凋亡。
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