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郑州大学刘康栋组磷酸化组学揭示阿托伐他汀抗食管鳞癌的作用机制

发布时间: 2019-11-27
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食管鳞状细胞癌(Esophageal Squamous Cell Carcinoma, ESCC),是发生于食管,向鳞状上皮分化的恶性肿瘤,占食管癌的绝大多数。预防措施不足和治疗技术不足导致五年生存率低下,迫切需要新的药物用于ESCC的预防或治疗。

阿托伐他汀(Atorvastatin)是他汀家族的成员,是甲羟戊酸途径中3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶的抑制剂,已被用于降低胆固醇水平。越来越多的证据显示,他汀类药物还可以降低癌症的发病率。但是,他汀类药物的抗肿瘤机制尚未完全阐明。

近日,郑州大学基础医学院刘康栋教授在国际知名学术期刊Aging在线发表最新研究成果,研究证实了阿托伐他汀可抑制PDX模型中ESCC肿瘤的生长,并进一步运用蛋白质组学和磷酸化组学(景杰生物提供),深入阐释了阿托伐他汀抑制食管鳞状细胞癌细胞增殖的潜在机理。阿托伐他汀可抑制Ras信号通路、cAMP和Rap1信号通路。磷酸化蛋白质组结果表明,阿托伐他汀治疗后ERKT185 / Y187,CDK1T14和BRAC1S1189磷酸化介导的Th17细胞分化,Gap连接和铂类药物耐药途径被下调。

郑州大学刘康栋组磷酸化组学揭示阿托伐他汀抗食管鳞癌的作用机制

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阿托伐他汀抑制ESCC细胞增殖

为了评估阿托伐他汀对ESCC生长的影响,研究者用不同浓度的阿托伐他汀处理了KYSE150和KYSE450细胞。结果表明,阿托伐他汀显著减弱了ESCC细胞的生长,而对正常食管上皮细胞系SHEE的影响较小。软琼脂试验数据表明,阿托伐他汀治疗强烈抑制KYSE150和KYSE450细胞的锚定非依赖性生长。这表明,阿托伐他汀抑制ESCC细胞的增殖和锚定非依赖性生长。

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Figure 1、阿托伐他汀抑制ESCC细胞增殖

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阿托伐他汀处理的KYSE150细胞的蛋白组学和磷酸化组学分析

为了全面研究阿托伐他汀在ESCC中的机制,研究者将KYSE150细胞暴露于1μM阿托伐他汀24小时(DMSO作为对照)。随后,进行质谱分析,研究共定量到5031种蛋白质和5809个磷酸化位点。

郑州大学刘康栋组磷酸化组学揭示阿托伐他汀抗食管鳞癌的作用机制

Figure 2、阿托伐他汀处理的ESCC细胞的分析

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蛋白质组学分析ESCC细胞中阿托伐他汀的作用方式

阿托伐他汀处理后共有185种蛋白质(占5031种蛋白质的3.6%)发生了显著变化,其中94种被上调,而91种被下调。许多与癌症发生有关的蛋白质如RhoA, Rap1和 Ras都发生了下调。GO分析表明,发生变化最大的两个生物学过程是小GTPase介导的信号转导和细胞内信号转导。与GO分析一致的是,KEGG数据库显示,大多数药物改变的蛋白质均与Ras信号通路相关。研究者认为,HMG-CoA还原酶是小G蛋白活性(如Ras和RhoA)所必需的。阿托伐他汀通过抑制HMG-CoA还原酶减少了甲羟戊酸途径的产生,从而抑制肿瘤。

郑州大学刘康栋组磷酸化组学揭示阿托伐他汀抗食管鳞癌的作用机制

Figure 3、蛋白质组学分析揭示了阿托伐他汀的抗肿瘤模式

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磷酸化组学分析阿托伐他汀抗肿瘤机制

研究者分析了阿托伐他汀处理后的磷酸化变化,鉴定到6988个磷酸化位点,其中定量到5809个位点。在所有定量的磷酸位点中, 375个磷酸位点发生了显著变化,261个位点发生上调,114个位点发生下调。进一步发现,ERKT185/Y187,CDK1T14和BRAC1S1189的磷酸化水平在阿托伐他汀处理后显著下调。

郑州大学刘康栋组磷酸化组学揭示阿托伐他汀抗食管鳞癌的作用机制

Figure 4、磷酸化组学揭示了阿托伐他汀的抗肿瘤模式

近年来,基于质谱的蛋白质组学已成为全面探究蛋白质变化或修饰的方法。研究者利用高分辨率质谱检测阿托伐他汀处理后ESCC细胞的关键分子变化。蛋白质组学结果表明Ras信号通路明显下调。不仅如此,磷酸化蛋白质组还显示Th17细胞分化,Gap连接,铂类药物抗性以及孕酮介导的卵母细胞成熟途径被显著下调。这些途径中重要的蛋白质ERKT185 / Y187,CDK1T14和BRCA1S1189的磷酸化水平明显下调。在体内实验中,阿托伐他汀在患者源异种移植(PDX)模型中抑制了ESCC肿瘤的生长。这些结果表明阿托伐他汀抑制关键分子的活化,从而重新建立了肿瘤依赖性生长途径。

参考文献

Yuan Q, et al., Proteome and phosphoproteome reveal mechanisms of action of atorvastatin against esophageal squamous cell carcinoma. Aging.


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