三氧化二砷叠加纳米金刚石的抗实体瘤效应研究

发布时间：2020-04-09 03:14

【摘要】：自噬是进化古老且高度保守的分解代谢过程,通过被称为自噬体的双膜囊泡,包裹细胞内的蛋白或细胞器,递送至溶酶体进行消化再循环以维持细胞新陈代谢,是细胞对抗饥饿或压力的应激反应。肿瘤在生长过程中,为了满足代谢需求,一种方式是分泌血管生成因子,刺激新生血管的生成;一种方式是依赖自噬。因此,临床上治疗肿瘤的策略是首先进行手术切除,然后进行放化疗,使残存的肿瘤细胞处于生长压力中,进而使用自噬抑制剂与化疗药物联合治疗,将肿瘤细胞杀死。临床上常使用氯喹或氢氯喹作为自噬抑制剂,但是作为一种化学药剂,具有一定的毒性,因而会在治疗中或预后产生副作用。又因为它是溶酶体碱化剂,肿瘤本身的酸性环境会影响它阻断自噬的功能。因而亟待开发一种安全有效的自噬阻断剂来指导临床试验的进行。随着纳米医药的发展,纳米材料的作用日益凸显,纳米材料对细胞的自噬行为的影响受到了越来越多的关注。三氧化二砷(ATO)对急性早幼粒白血病治疗效果显著,五年无病生存率达到90%以上,使其成为第一个可以治愈的癌症,但是治疗实体瘤效果不理想。原因可能是ATO诱导的自噬行为,增加了肿瘤细胞对药物的抗性。因此,应用阻断自噬的方法来提高ATO对实体瘤细胞的敏感性不失为一种有效的手段。因此我们将应用纳米材料对自噬的调节作用,联合化疗药物ATO,提高对实体瘤的治疗效果。现将主要的研究成果概括如下:(1)首先对市售多种纳米材料进行形貌及物理参数表征,然后在统一的安全浓度下,通过自噬标志蛋白筛选出具有自噬阻断特性的纳米材料。进而联合化疗药物ATO对人源实体瘤细胞HepG2的细胞存活率进行研究,筛选出最有效的纳米材料NDs。(2)在急性早幼粒白血病中我们发现,ATO对它的自噬没有影响,因而联合NDs治疗没有明显效果。在低浓度的ATO下,能显著诱导实体瘤细胞发生自噬,这种行为会增加细胞对化疗的抗性,使其对化疗药物不敏感。我们通过多种手段证明ATO与NDs联合治疗在体外的良好杀伤肿瘤细胞的效果是自噬依赖的。进一步通过细胞内As元素的测定和分布发现,联合治疗的显著效果并不基于NDs的良好载药功能,NDs没有增加细胞对As的摄取。(2)基于体外联合治疗杀伤肿瘤细胞的良好效果。我们将这种联合治疗的策略应用于肝原位荷瘤鼠的治疗中。中剂量ATO与NDs联合治疗,有效抑制肿瘤生长,使抑瘤率提高到90%。与单独ATO治疗相比,使抑瘤率提高了50%。同时大大延长了裸鼠的生存期,缓解了肿瘤生长对肝功肾功的影响,减少了癌症中晚期并发症的出现,趋于正常的裸鼠体重反映了治疗后的健康状况。肿瘤中大量的细胞凋亡以及免疫印迹结果凸显了NDs作为自噬阻断剂的显著效果。同时与体外结果相同,NDs的存在并没有使肿瘤细胞摄取更多的As。总之,我们筛选出了一种安全、效果好且具有自噬阻断特性的纳米材料,取代临床上使用的自噬阻断剂氯喹或者氢氯喹,为新型临床自噬阻断剂的开发提供新的思路。基于在体内外表现出的显著杀伤实体瘤的效果,使ATO应用于实体瘤有望具有急性早幼粒白血病的治疗效果,扩大了这种古老药方的治疗范围,具有广泛的临床应用前景。
【图文】：

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自从Christian de Duve在1963年提出“自噬”这个术语之后[1]（如图1.1所示），对自噬的理解以及怎样利用自噬途径来指导、改善临床结果还需要很长的路要走。Yoshinori Ohsumi 因阐明自噬工作机制的突出贡献被授予 2016 年诺贝尔生理学或医学奖，突出了自噬在健康和疾病中的重要性，特别是自噬在癌症治疗中的重要作用。自噬是一把“双刃剑”，人们认为自噬可以抑制癌症的发展。相反的，癌症病灶一旦建立之后，自噬流的有效进行往往会有利于肿瘤细胞存活和生长[2-3]。因此，，在癌症治疗中，有一个重要的问题出现在我们面前：我们在治疗肿瘤的过程中是应该尝试增强自噬还是试图抑制自噬？在恶性肿瘤发展前期，很多证据表明自噬的增强可能会达到预防癌症发展的目的[4]。相反在癌症晚期，增强自噬和抑制自噬都是抑制肿瘤发展的策略[5-7]。图 1. 1 在肿瘤中靶向自噬成功的重大发现时间表Christian de Duve 在 1963 年的一次溶酶体会议上首次提出了“自噬”一词。从那时起

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导自噬是不可行的，但也使用营养保健品，如海藻糖[49]和热量限制模拟0-51]，以及运动[52]通过诱导自噬的方法抑制癌细胞的生长。其他较少研究的自噬形式包括微自噬和分子伴侣介导的自噬（CMA），非性微自噬通过直接吞噬细胞质或其他细胞组分介导，通过管状膜内陷进入溶。选择性微自噬涉及直接靶向特定细胞器进入溶酶体，如过氧化物酶体（微自噬），核的非必需组分（细胞核的零星微自噬）和线粒体（微线粒体自噬3]。虽然微自噬已与神经退行性疾病发展有关，如阿尔茨海默病和亨廷顿病及溶酶体糖原储存疾病，如庞贝病，但是一直没有牵连在癌症治疗中[54-55]。伴侣介导的自噬（CMA）是一种选择性自噬的形式，其中胞质蛋白与相关 KFERQ 基序被热休克同源 71kDa 蛋白（HSC70；也称为 HSPA8）识别，形个分子伴侣复合体[56-57]。通过溶酶体相关膜蛋白质 2A（LAMP2A）定位于体上。CMA 已与癌症产生关联[58-59]，药物能够靶向溶酶体可能会对所有类自噬产生影响。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;R730.5

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