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早幼粒细胞白血病蛋白(PML)通过调节醛脱氢酶3家族成员A1(ALDH3A1)诱导肝细胞癌对三氧化二砷的抗药性

2015年12月30日
研究进展

编译作者:陆凯


摘要

三氧化二砷(ATO)治疗肝细胞癌(HCC)的疗效有限,三氧化二砷(ATO)治疗急性早幼粒细胞白血病疗效的核心在于早幼粒细胞白血病蛋白(PML) 。我们检测了PML表达对ATO治疗肝细胞癌有效性的影响。研究表明PML的高表达预示着肝细胞癌切除后更长的生存期和更低的复发率。然而,PML的高表达抑制了ATO对肝细胞癌的的抗肿瘤效应。基因微阵列分析显示PML的低表达明显下调了ALDH3A1的表达。ALDH3A1的下调促进了ATO诱导的活性氧物质的积聚。免疫沉淀分析和启动子活性测定表明PML与ALDH3A1的启动子区绑定,从而调节ALDH3A1的表达。临床上,ATO治疗降低了PML表达阴性的进展期肝细胞癌的进展速度。总之,PML有利于肝细胞癌患者预后,但它会通过上调肝细胞癌肿瘤细胞的ALDH3A1诱导ATO抗药性。ATO对于PML表达阴性的肝细胞癌患者有效,而对于PML表达阳性的肝细胞癌患者,联合应用ALDH3A1抑制剂,ATO也会变得有效。

讨论

已经成功运用于急性早幼粒细胞白血病(APL)治疗的三氧化二砷(ATO),在各种实体肿瘤治疗的相关研究正广泛开展。在急性早幼粒细胞白血病(APL)治疗中,ATO将PML作为靶点,触发PML-RARα蛋白降解,使得急性早幼粒细胞白血病(APL)得到缓解。然而,在黑色素瘤、肾细胞癌、肝细胞癌,ATO作为单药应用临床效果有限,并且PML表达的改变是否会影响ATO对实体肿瘤的疗效尚不明确。我们的研究首次观察到相比瘤旁组织,PML在肝细胞癌肿瘤组织中过表达。TMA分析确认了PML是肝细胞癌患者术后总生存期(OS)和复发时间(TTR)的独立预测因素。PML表达阳性的肝细胞癌患者相比阴性的患者,具有更长的生存期、更低的肿瘤复发率。PML可能是肝细胞癌预后良好的预测因素。众所周知,PML的过表达导致细胞凋亡或衰老。不仅如此,PML还会影响其他重要的细胞功能,如血管生成的抑制,细胞迁移的控制,DNA损伤反应,以及抗病毒防御。这些证据凸显了PML在肿瘤抑制中所起的作用,与我们TMA分析的发现一致。

尽管肝细胞癌PML过表达临床转归好,但它会诱导肝细胞癌患者对ATO的抗药性。我们发现ATO治疗的抗药性与肝细胞癌肿瘤细胞株的PML表达相关。敲除PML后,ATO显著降低肿瘤细胞的生存能力和侵袭能力,并且诱导更多的细胞凋亡。在体内敲除PML后,ATO在体内也表现出更好的肿瘤抑制效果。并且,17名肝细胞癌患者ATO治疗的临床结果显示相比肿瘤组织PML表达阳性的患者,PML表达阴性的患者治疗效果更好。所有这些都表明PML可以作为一个敏感的生物学标志物,评判肝细胞癌患者对ATO治疗的敏感性。

利用人类全基因组寡核苷酸芯片技术,通过识别敲除PML及保留PML的基因差别,我们进一步探索了PML如何调节HCC细胞的ATO抗药性。我们发现当PML被抑制后,ALDH3A1基因表达被最大程度地抑制了。醛脱氢酶家族是众多酶谱中的一员,调节部分细胞功能,包括扩散,分化和细胞氧化应激反应。研究已经证实ALDH3A1是氧化应激的主要解毒酶。一些抗肿瘤药物,包括ATO,在肿瘤化疗期间会使肿瘤产生氧化应激。我们的结果显示敲除PML后,ALDH3A1会被抑制,ATO治疗将显著增加细胞内的活性氧,致使肿瘤细胞凋亡,肿瘤细胞生存能力降低。ALDH3A1可能是肿瘤细胞ATO治疗抗药环节中的一个重要分子。

为了研究PML和ALDH3A1表达间的相互作用,我们进行了芯片和荧光素酶报告分析。令人惊讶的是,PML在转录水平通过与ALDH3A1启动子区域的结合来调节ALDH3A1的表达。此外,PML在MHCC97H和 MHCC97L细胞的结合位点有相同,有不同。这一现象究竟有何影响还需要进一步研究。

在PML敲除的细胞中,过表达的ALDH3A1仍维持了ATO的抗药性,进一步证实ALDH3A1在PML诱导的肝细胞癌ATO抗药性中起重要作用。基于这一结果,我们试图通过高选择性的ALDH3A1抑制剂抑制ALDH3A1的功能,来提高ATO对于PML高表达肿瘤细胞的疗效。体内和体外试验都强有力地证实ALDH3A1的抑制会恢复PML高表达肿瘤细胞的ATO敏感性。在Huh7细胞,由于低表达谱的ALDH3A1,ATO就已经体现出令人满意的效果,ATO和ALDH3A1抑制剂联合治疗并不比ATO单独治疗的疗效好。联合应用ALDH3A1抑制剂或许能够提高PML表达阳性的肝细胞癌患者ATO治疗的疗效。

事实上,ATO的抗肿瘤效应不仅局限于活性氧(ROS)的产生。ATO影响着多种细胞功能,这都是通过不同的分子靶点完成的,例如B细胞激活中的核因子Kappa轻链增强子,b细胞淋巴瘤2,凋亡相关的半胱天冬酶。既往的一项研究显示肿瘤细胞对ATO的反应是多因素的复杂过程。ATO的抗药机制需要更全面的研究。另外,我们的研究仅囊括17名ATO治疗的肝细胞癌患者,因此更大样本的前瞻性试验将更能填充这一领域的空白。

总之,我们的研究显示PML有利于肝细胞癌患者的预后,但它会上调肝细胞癌肿瘤细胞的ALDH3A1,从而诱导ATO的抗药性。本文是对肝细胞癌ATO抗药机制的深入研究。我们的发现对临床医生的ATO治疗策略具有指导意义。PML可以作为ATO个体化治疗的一个指标。对于PML表达阴性的肝细胞癌组织,ATO治疗有效。对于PML表达阳性的患者,ATO则需联合应用ALDH3A1抑制剂方能起效。

责任编辑:Dr.q


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编译自:Cancer Lett. 2015 Sep 28;366(1):112-22. doi: 10.1016/j.canlet.2015.06.014. Epub 2015 Jun 25.

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