GLUT-1、HIF-1α在头颈部癌放射抵抗中的作用机制

发布时间：2018-04-27 20:37

本文选题：喉癌 + 下咽癌　；参考：《浙江大学》2017年博士论文

【摘要】：头颈部鳞状细胞癌是常见的恶性肿瘤之一,在恶性肿瘤发病率中位居第六,全球每年新发病例数超过50万。一些头颈部鳞状细胞癌具有起病隐匿、侵袭力强、易复发和转移以及预后差的特点。尽管治疗手段不断改善,患者生活质量有了极大提高,但近40年一些头颈鳞癌患者的5年生存率并未得到明显提高。因此,深入研究头颈部鳞癌的发病机制以及寻求新的治疗方法具有重要的科学意义及临床转化应用价值。Otto Warburg及其团队发现肿瘤组织相比正常组织在有氧条件下的葡萄糖消耗和乳酸产生均增加,表现为有氧糖酵解供能的能量代谢方式,即Warburg效应。因此,阻断此糖酵解途径可能成为治疗肿瘤的新方法。葡萄糖转运蛋白(glucose transporter,GLUT)是介导Warburg效应的重要能量转运体。葡萄糖转运蛋白是介导细胞葡萄糖跨膜转运的蛋白,其表达增高是恶性肿瘤细胞葡萄糖代谢增高的主要原因。GLUT-1是GLUT家族代表性的蛋白,在全身组织细胞中广泛表达。GLUT-1在很多恶性肿瘤中过度表达以满足恶性肿瘤细胞能量需要。研究发现GLUT-1表达水平与恶性肿瘤患者的预后、TNM分期、分化程度、转移、复发有关。我们的前期研究发现GLUT-1高表达与头颈部癌淋巴结转移、癌进展、预后差有关。因此,抑制GLUT-1表达可能是恶性肿瘤治疗的新靶点。乏氧是实体肿瘤普遍存在的现象,乏氧诱导因子-1(hypoxiainducible factor-1,HIF-1)是重要的乏氧诱导因子,已发现乏氧微环境诱导HIF-1α高表达与食管癌、肉瘤、肺癌、肝癌等恶性肿瘤的放射抵抗有关,并促使癌细胞更具侵袭性,导致其远处转移。我们前期研究及其它研究亦表明HIF-1α与喉癌淋巴结转移、T分期、预后以及喉癌放射抵抗有关。因此,抑制HIF-1α表达同样是恶性肿瘤治疗的靶点之一。研究发现GLUT-1和HIF-1α高表达与恶性肿瘤放射抵抗有关,抑制GLUT-1或HIF-1α表达能提高恶性肿瘤治疗的疗效。我们前期发现采用反义寡核苷酸(antisense oligodeoxynucleotides,AS-ODN)抑制 Hep-2 喉癌细胞株 GLUT-1 表达能抑制喉癌细胞对葡萄糖的摄取及喉癌细胞增生;进一步研究发现GLUT-1高表达与喉癌的放射抵抗有关,通过AS-ODN抑制GLUT-1表达能增强喉癌的放射敏感性。一些研究也发现抑制GLUT-1或HIF-1α表达可提高恶性肿瘤的放射敏感性。但目前还没有联合抑制GLUT-1和HIF-1α的表达增强喉癌放疗敏感性的研究报道。Warburg效应已经被临床应用的正电子发射计算机断层显像技术(positronemission tomography,PET)所证实,最广泛使用的显影剂是~(18)F-氟代脱氧葡萄糖(2'-deoxy-2'-[~(18)F]fluoro-D-glucose,~(18)F-FDG),是葡萄糖的类似物,其工作原理就是~(18)F-FDG静脉注射后,由GLUT转运进入细胞内,在糖酵解酶己糖激酶(hexokinase,HK)的作用下磷酸化形成~(18)F-FDG-6-磷酸,其不再进一步代谢,沉积于细胞内,在PET图像上表现为浓聚的高代谢。PET/CT已广泛应用于恶性肿瘤早期诊断、疗效判断,及监测恶性肿瘤复发、转移和治疗后残留等,并有研究发现其标准摄取最大值(maxium of standard uptake value,SUVmax)与一些恶性肿瘤的预后、复发、转移等有关。本文研究术前行~(18)F-FDGPET/CT的喉癌、下咽癌患者GLUT-1、HIF-1α表达情况,并探索GLUT-1、HIF-1α表达及SUVmax与喉癌、下咽癌患者的临床病理因素、预后之间相关性。通过体内实验研究AS-ODN联合抑制GLUT-1、HIF-1α表达提高喉癌放射敏感性的机制,并通过microPET/CT的SUVmax评估AS-ODN联合抑制GLUT-1、HIF-1α表达的放射增敏效果。第一部分喉癌下咽癌GLUT-1和HIF-1α表达及~(18)F-FDG摄取与预后的关系目的:分析喉癌下咽癌组织细胞GLUT-1和HIF-1α表达和~(18)F-FDG摄取与患者临床病理因素以及预后的关系。方法:免疫组织化学方法检测55例术前行~(18)F-FDG PET/CT检查的喉癌、下咽癌患者癌组织GLUT-1和HIF-1α蛋白表达情况,并分析GLUT-1和HIF-1α表达和SUVmax与喉癌、下咽癌患者临床病理和预后的相关性。结果:单因素分析发现头颈部鳞癌患者(喉癌下咽癌)的治疗方式(p=0.004)、肿瘤大小(p=0.002)与患者生存率相关,而 SUVmax(p=0.306)、Glut-1 表达(p=0.919)、HIF-1α 表达(p=0.083)、年龄(p=0.929)、临床分期(p=0.249)、淋巴结转移(p=0.924)、肿瘤分化程度(p=0.875)均与患者生存率无关。HIF-1α表达与肿瘤大小呈相关性(r=0.351,p=0.009)。Glut-1和HIF-1α在头颈部鳞癌中的阳性率分别为49.1%和56.4%。Glut-1和HIF-1α在声带息肉中无一例表达。Glut-1和HIF-1α在头颈部鳞癌中的表达均较声带息肉中的表达明显增高(p0.05)。头颈鳞癌患者Glut-1和HIF-1α表达呈相关性(r=0.571,p0.001),Glut-1 表达和 SUVmax呈相关性(r=0.495,p0.001),HIF-1α表达和SUVmax无相关性(p=0.199)。多因素分析结果显示头颈鳞癌患者治疗方式(p=0.025)、肿瘤大小(p=0.008)、Glut-1(p=0.032)和HIF-1α表达(p=0.032)均与患者生存率相关。小结:1.头颈鳞癌组织Glut-1和HIF-1α的表达较声带息肉组织明显增高。HIF-1α表达与肿瘤大小呈相关性。2.头颈鳞癌患者Glut-1和HIF-1α表达相关,Glut-1表达和SUVmax相关,而HIF-1 α表达和SUVmax无相关性。3.Cox比例风险模型多因素分析发现头颈鳞癌患者治疗方式、肿瘤大小、Glut-1和HIF-1α表达与预后差相关。第二部分联合抑制GLUT-1和HIF-1 α表达提高喉癌放射敏感性的体内研究目的:体内实验研究AS-ODN联合抑制GLUT-1、HIF-1α表达提高喉癌放射敏感性的机制。方法:本实验我们进行了 2~3的析因设计,对裸鼠皮下种植Hep-2和Tu212喉癌细胞株致瘤成功后,各选取24只裸鼠进行实验(每组3只),治疗后8天安乐死裸鼠,通过AS-ODN GLUT-1和AS-ODN HIF-1α及放疗3个因素2个水平(AS-ODN100μg或0μg,放疗10Gy或0Gy),对应变量如肿瘤体积、肿瘤重量、微血管密度(microvesseldensity,MVD)、凋亡率(apoptosis index,AI)和坏死等的作用评估AS-ODN GLUT-1和AS-ODN HIF-1α和放疗对喉癌的治疗效果及有无交互作用。结果:AS-ODN GLUT-1,AS-ODN HIF-1α和放疗三者均未能减小喉癌移植瘤体积(p0.05)。治疗 8 天后,10GyX 线照射能降低 Hep-2(p=0.002)和 Tu212(p=0.038)喉癌移植瘤的瘤重。AS-ODN GLUT-1,AS-ODN HIF-1α和放疗三者能协同增加Hep-2 移植瘤细胞凋亡率(p=0.018)。AS-ODN GLUT-1 和 AS-ODN HIF-1 α,AS-ODN GLUT-1和放疗能协同增加Tu212移植瘤细胞凋亡率(p分别为p0.001,p=0.047)。AS-ODN GLUT-1,AS-ODN HIF-1α和放疗三者能协同减少Tu212移植瘤组织微血管密度(p=0.045)。AS-ODN GLUT-1 和 AS-ODN HIF-1α,AS-ODN GLUT-1 和放疗,AS-ODN HIF-1α和放疗能协同减少Hep-2移植瘤组织微血管密度(p分别为p=0.015,0.002,0.026)。AS-ODN GLUT-1,AS-ODN HIF-1α 和放疗三者能协同增加Hep-2和Tu212移植瘤细胞坏死率(p分别为p0.001,p=0.004)。Hep-2、Tu212移植瘤GLUT-1和HIF-1α mRNA和蛋白表达呈线性相关(p0.05)。小结:1.AS-ODN联合抑制GLUT-1和HIF-1α表达能增强喉癌放射敏感性,机理可能是通过AS-ODN GLUT-1和AS-ODN HIF-1α和放疗协同增加喉癌细胞凋亡、坏死,以及减少微血管密度而发挥作用。2.喉癌Hep-2、Tu212移植瘤GLUT-1和HIF-1αmRNA和蛋白表达呈线性相关,AS-ODN HIF-1α能降低Hep-2和Tu212裸鼠移植瘤细胞GLUT-1 mRNA和蛋白表达。第三部分Micro PET/CT评估喉癌移植瘤放射敏感性的体内研究目的:~(18)F-FDG PET/CT在恶性肿瘤的检测和分期及治疗方案的选择中起到重要的作用,但~(18)F-FDG PET/CT能否作为恶性肿瘤治疗疗效的评估手段目前仍有争议,且肿瘤细胞对~(18)F-FDG的摄取增高的机制不明,本次研究联合抑制GLUT-1和HIF-1α表达对治疗后12天的裸鼠移植瘤的放射增敏作用,同时探索~(18)F-FDG PET/CT能否评估喉癌移植瘤放射敏感性,同时探索HIF-1α和GLUT-1表达和~(18)F-FDG摄取三者之间的相关性。方法:本实验我们进行了2~3的析因设计,对裸鼠皮下种植Hep-2和Tu212喉癌细胞株致瘤成功后,各选取24只裸鼠进行实验(每组3只),行治疗前~(18)F-FDG PET/CT检查,然后对裸鼠移植瘤予以AS-ODN GLUT-1和AS-ODN HIF-1α及放疗3个因素2个水平(AS-ODNIOOμg或0μg,放疗10Gy或OGy)治疗,治疗后第8天、第12天分别行治疗后~(18)F-FDG PET/CT检查,第12天PET/CT检查结束后安乐死裸鼠。检测移植瘤的体积,瘤量,微血管密度,凋亡率和坏死率以再次评估AS-ODN联合抑制GLUT-1和HIF-1α表达的放射增敏作用;通过治疗前后三次micro PET/CT检查评估移植瘤GLUT-1和HIF-1α表达与~(18)F-FDG摄取的相关性及~(18)F-FDG PET/CT能否评估喉癌放射敏感性。结果:AS-ODN GLUT-1,AS-ODN HIF-1 α和放疗三者均未能减小喉癌移植瘤体积(p0.05)。治疗12天后,1 OGyX线照射能降低Hep-2喉癌移植瘤的瘤重(p=0.022),AS-ODN GLUT-1 能降低 Tu212 喉癌移植瘤的瘤重(p=0.006)。AS-ODN GLUT-1,AS-ODN HIF-1α和放疗三者能协同增加Tu212移植瘤细胞凋亡率(p0.001)。AS-ODN GLUT-1 和 AS-ODN HIF-1 α,AS-ODN GLUT-1 和放疗能协同增加 Hep-2移植瘤细胞凋亡率(p均为p0.001)。AS-ODN GLUT-1,AS-ODNHIF-1α和放疗三者能协同减少Hep-2和Tu212移植瘤组织微血管密度(p均为p0.001),增加Hep-2 和 Tu212 移植瘤细胞坏死率(p 分别为 p0.001,p=0.041)。Hep-2、Tu212移植瘤GLUT-1和HIF-1α mRNA和蛋白表达均呈线性相关(p0.05)。但GLUT-1和HIF-1α的mRNA和蛋白表达与标准最大摄取值肿瘤组织/对侧正常组织2(standardized uptake value tumor/normal tissue 2,SUVmaxT/N2)均无显著相关性(p0.05)。SUVmaxT/N和肿瘤治疗后疗效(坏死率,凋亡率)也无显著相关性(p0.05)。小结:1.AS-ODN GLUT-1和AS-ODNHIF-1α和放疗能协同增加治疗后12天的裸鼠移植瘤细胞凋亡、坏死及减少肿瘤组织微血管密度,联合抑制GLUT-1和HIF-1α表达能增强喉癌的放射敏感性。2.治疗后12天喉癌移植瘤GLUT-1和HIF-1α mRNA和蛋白表达呈线性相关性。3.治疗前后~(18)F-FDG microPET/CT SUVmaxT/N的变化尚不能作为评估裸鼠移植瘤治疗疗效的手段,SUV的相关指标是否作为放射敏感性的指标尚待继续研究。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R739.91

【参考文献】