我是“神藥”——二甲雙胍抑癌機(jī)制研究！

瀏覽次數(shù)：4506　發(fā)布日期：2018-8-9　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院張?bào)鸩▓F(tuán)隊(duì)以題為“Metformin sensitizes endometrial cancer cells to chemotherapy through IDH1-induced Nrf2 expression via an epigenetic mechanism”發(fā)表于Nature子刊《Oncogene》（影響因子：6.854）。該研究，首次揭示了“神藥”二甲雙胍抑制子宮內(nèi)膜癌的新機(jī)制，指出了DNA羥甲基化修飾在此過(guò)程中起的關(guān)鍵作用。

研究背景：

二甲雙胍，因其降糖能力強(qiáng)，副作用小，是糖尿病患者主要的控糖藥物。隨著研究的深入，二甲雙胍其他的生物學(xué)功能也逐漸被發(fā)現(xiàn)，相關(guān)研究在Nature、Cell、Cell Stem Cell等期刊上頻頻亮相，主要包括：抑癌、降血脂、降血壓、改善脂肪肝、改善多卵巢綜合癥、減脂、延長(zhǎng)壽命和預(yù)防老年癡呆癥等等等等�。∷�，被人們冠以“神藥”的稱(chēng)號(hào)。

DNA羥甲基化被稱(chēng)為哺乳動(dòng)物DNA中的“第六堿基”，與癌癥、神經(jīng)退行性疾病等人類(lèi)重大疾病密切相關(guān)，是表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。本篇文章的作者在子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞中檢測(cè)到DNA羥甲基化修飾（本文DNA羥甲基化相關(guān)服務(wù)，由云序生物提供），并證實(shí)這種修飾可促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖。隨后，作者用“神藥”及其他抗癌藥物處理增殖的癌細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)增殖過(guò)程被抑制。

那作者具體是怎么做的？讓我們?cè)敿?xì)看看。

研究樣本：

人類(lèi)細(xì)胞系：子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞系（Ishikawa，HEC-1A，SPEC2，HEC-1B，AN3CA，ECC-1）、正常子宮內(nèi)膜細(xì)胞系。

人類(lèi)組織：子宮內(nèi)膜癌組織200例（未分期樣本160例；分期樣本40例：G1期25例，G2期8例，G3期7例）、增生期子宮內(nèi)膜組織10例。

研究結(jié)果：

1.IDH1在子宮內(nèi)膜癌組織及癌變細(xì)胞系中高表達(dá)

作者通過(guò)免疫組化，發(fā)現(xiàn)IDH1基因在癌變的子宮內(nèi)膜中的陽(yáng)性染色率顯著高于增生期子宮內(nèi)膜組織（圖1A，B）。為保證結(jié)果準(zhǔn)確，作者將樣本擴(kuò)大至每組35人，應(yīng)用ELISA法檢測(cè)血漿中IDH1的表達(dá)量，同樣證實(shí)癌變患者血清中IDH1高表達(dá)（圖1C）。

那么，IDH1基因在細(xì)胞中的表達(dá)情況是怎樣的呢？通過(guò)檢測(cè)8種子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞系（圖1D），在mRNA和蛋白水平上，檢測(cè)到IDH1基因在Ishikawa，Spec2，HEC-1A和HEC-1B細(xì)胞系中高表達(dá)。綜上，IDH1在子宮內(nèi)膜癌組織和癌變細(xì)胞系中高表達(dá)。

圖1. IDH1在組織和細(xì)胞系中的表達(dá)情況

2.二甲雙胍通過(guò)抑制IDH1表達(dá)提高子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞對(duì)化療的敏感性

作者以IDH1基因表達(dá)top 3的細(xì)胞系為材料，檢測(cè)不同二甲雙胍用量和反應(yīng)時(shí)間內(nèi)IDH1的表達(dá)量，結(jié)果證實(shí)二甲雙胍可抑制IDH1表達(dá)（圖2A，B）。另外，細(xì)胞增殖和計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)二甲雙胍與抗癌藥物可協(xié)同抑制癌細(xì)胞增殖（圖2C，D）�？蒊DH1是否參與上述癌細(xì)胞增殖過(guò)程呢？作者通過(guò)體外干擾實(shí)驗(yàn)，成功抑制IDH1基因表達(dá)（圖2E），并檢測(cè)到干擾細(xì)胞在分別處理兩種抗癌藥物后的增殖能力比對(duì)照組低（圖2F）。

圖2.二甲雙胍抑制IDH1表達(dá)并提高癌細(xì)胞對(duì)化療的敏感度

3.ɑ-KG提高二甲雙胍對(duì)化療的敏感度

ɑ-KG是IDH1酶的產(chǎn)物之一，在本研究中，作者用二甲雙胍處理子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)ɑ-KG的表達(dá)與二甲雙胍的反應(yīng)時(shí)間和劑量成反比（圖3 A，B）。ɑ-KG在過(guò)表達(dá)IDH1基因的細(xì)胞系中高表達(dá)，而二甲雙胍處理后，ɑ-KG表達(dá)量受抑制，說(shuō)明二甲雙胍通過(guò)抑制IDH1基因表達(dá)，從而抑制ɑ-KG表達(dá)（圖3C）。并與抗癌藥共用后，能有效抑制細(xì)胞增殖（圖3D）。

圖3. α-KG參與二甲雙胍調(diào)控化療敏感性

4.二甲雙胍通過(guò)TET1羥甲基化調(diào)控IDH1-α-KG信號(hào)通路促進(jìn)抗癌藥的藥效

TET1作為一種依賴(lài)α-KG的加氧酶，能夠促進(jìn)5-甲基化胞嘧啶轉(zhuǎn)為5-羥甲基胞嘧啶，IDH1作為α-KG的前體，與TET結(jié)合的功能研究還不清楚。所以，作者過(guò)表達(dá)IDH1后，檢測(cè)到TET1的mRNA與蛋白含量上調(diào)（圖4A，B），且α-KG表達(dá)量也上升了（圖4C）。通過(guò)免疫熒光實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)到IDH1或TET1基因可提高細(xì)胞內(nèi)羥甲基化水平，而二甲雙胍處理或敲低處理后，羥甲基化水平受抑制（圖4D），并且TET1與二甲雙胍的劑量和反應(yīng)時(shí)間一致（圖4E）。Dot blot實(shí)驗(yàn)（圖4F）再次證實(shí)IDH1過(guò)表達(dá)細(xì)胞羥甲基化水平可被二甲雙胍抑制。并通過(guò)細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)過(guò)表達(dá)TET1后，癌細(xì)胞增殖量略有提高，但化療藥物對(duì)細(xì)胞增殖影響不大（圖4G）。

圖4. TET1參與二甲雙胍促進(jìn)子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的敏感性

5. Nrf2羥甲基化水平的降低影響二甲雙胍引起的化療敏感性

Nrf2與IDH1在子宮內(nèi)膜癌組織的分布和發(fā)病時(shí)期一致（圖5A，B），且Nrf2可與TET1結(jié)合（圖5C）。已知TET1影響羥甲基化水平（圖4D），那Nrf2能否影響羥甲基化水平呢？作者通過(guò)Dot blot實(shí)驗(yàn)，證實(shí)Nrf2基因的羥甲基化離不開(kāi)TET基因調(diào)控（圖5D）。二甲雙胍處理細(xì)胞中Nrf2、TET1等基因在蛋白水平的表達(dá)下降（圖5E），且Nrf2啟動(dòng)子區(qū)域上羥甲基化水平下降了（圖5F，G），說(shuō)明Nrf2發(fā)生羥甲基化的作用區(qū)域可能在啟動(dòng)子上。過(guò)表達(dá)keap1基因（與Nrf2基因作用相反）后，細(xì)胞增殖活性高于對(duì)照組（圖5H），說(shuō)明Nrf2基因?qū)?xì)胞增殖起抑制作用。綜上，二甲雙胍通過(guò)影響TET1基因，降低Nrf2啟動(dòng)子區(qū)DNA羥甲基化修飾，從而提高對(duì)化療藥物的敏感度。

圖5.二甲雙胍通過(guò)降低Nrf2的羥甲基化調(diào)控癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性

6. Nrf2基因通過(guò)正向反饋加強(qiáng)IDH1信號(hào)通路

上文可知，二甲雙胍能夠抑制Nrf2和相關(guān)基因的表達(dá)。因此，作者想看看影響Nrf2基因表達(dá)后，相關(guān)基因的變化趨勢(shì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者表達(dá)趨勢(shì)是一致的（圖6A-D）。且抑制Nrf2基因后，促進(jìn)了ɑ-KG表達(dá)（圖6E，F(xiàn)），即Nrf2基因調(diào)控了IDH1-ɑ-KG-TET1-Nrf2信號(hào)通路。隨后，作者對(duì)IDH1啟動(dòng)子區(qū)序列進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域與NF2結(jié)合位點(diǎn)有6個(gè)抗氧化反應(yīng)元件（ARE）（圖6G），并發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)報(bào)告基因與Nrf2結(jié)合顯著。以上結(jié)果表明，Nrf2通過(guò)影響IDH1轉(zhuǎn)錄，調(diào)控IDH1-ɑ-KG-TET1-Nrf2信號(hào)通路。

圖6. Nrf2基因通過(guò)正向反饋加強(qiáng)IDH1信號(hào)通路

小結(jié)：

這篇文章干貨滿(mǎn)滿(mǎn)，不但揭示了二甲雙胍參與IDH1-ɑ-KG-TET1-Nrf2通路，從而抑制子宮內(nèi)膜癌發(fā)展，還證實(shí)了TET1與Nrf2共同影響DNA羥甲基化水平，為今后研究子宮內(nèi)膜癌對(duì)化療藥物的耐藥性提供理論依據(jù)。

全文信息：

Bai M, Yang L, Liao H, et al. Metformin sensitizes endometrial cancer cells to chemotherapy through IDH1-induced Nrf2 expression via an epigenetic mechanism. Oncogene(2018).

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