基于定量蛋白质组学的迭鞘石斛抑制肺癌细胞作用机理研究

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肺癌是世界范围内是最常见的恶性肿瘤之一,其发病率和死亡率在中国已位列首位,且仍在迅速上升。肺癌在传统化疗中使用的化学合成药物对肺癌的治愈率低、副作用大、治疗效果欠佳。虽也有少量肺癌靶向治疗药物被开发出来,但适用的病患类型非常有限。因此,肺癌治疗新药的开发工作一直受到重视。  我国具有悠久的中草药使用经验,从中草药中开发抗肿瘤新药是我国的特色和优势。石斛(Dendrob ium)为我国的一味传统中药,传统中医认为其具有润肺止咳等功效。迭鞘石斛(Dendrobium denneanum)作为四川的一种道地石斛药材,现代研究已发现其具有明显的抗癌作用,但其具体的抗癌机制仍然未有深入的报道。迭鞘石斛提取物的成分复杂,作用机制和靶点较多,传统的研究方法无法系统地对其抗癌机理和作用靶点进行系统研究。因此,本研究首次使用基于SILAC(Stable isotope labeling with Amino acids)的定量蛋白质组学研究方法,从蛋白质组层面对迭鞘石斛乙醇提取物的抗癌作用及机理进行了系统研究。  本研究首先采用CCK-8实验方法研究迭鞘石斛乙醇提取物对肺癌细胞A549的抑制作用,同时利用显微镜观察在迭鞘石斛乙醇提取物作用下的肺癌细胞A549形态的变化。然后,采用基于SILAC的定量蛋白质组学研究方法探究迭鞘石斛乙醇提取物对肺癌细胞A549蛋白质组的定量影响。之后,采用qPCR与Western-blot方法从mRNA和蛋白层面对定量蛋白质组的结果进行验证。最后,根据定量蛋白质组结果阐释迭鞘石斛乙醇提取物抑制肺癌细胞A549的作用机制。本研究主要研究结果如下:  (1)迭鞘石斛乙醇提取物对肺癌细胞A549具有明显的抑制作用,其在降低细胞增殖速率的同时导致细胞发生死亡。500μg/mL的乙醇提取物对肺癌细胞A54924h和48h时的抑制率分别为35.05%和59.08%。显微镜观察发现,迭鞘石斛乙醇提取物作用下的肺癌细胞A549增殖速度减慢,大量细胞死亡。连续64小时的细胞活性测定显示,迭鞘石斛乙醇提取物在作用初期以抑制细胞增殖为主,后期则会导致细胞发生死亡。  (2)定量蛋白质组学实验中共检测到肺癌细胞A549的3638种蛋白质。其中,以置信分值50和含量变化1.5倍为阈值,迭鞘石斛乙醇提取物引起肺癌细胞A549中338种蛋白质的含量出现明显下调,4种蛋白质的含量出现明显的上调。功能分析显示下调蛋白主要包括细胞物质和能量代谢相关蛋白,如参与RNA代谢与蛋白质合成、糖类代谢、脂类代谢、嘧啶与嘌呤代谢等代谢过程的蛋白。这些与细胞物质及能量代谢相关的蛋白含量大幅下调导致细胞增殖速度的减慢。同时发现,大量与细胞抵抗内源及外界不利刺激和损伤相关的蛋白,如具有氧化还原、分子伴侣、DNA修复、蛋白降解与修复等功能的蛋白含量也出现明显的下调。这些与细胞应激相关的蛋白含量下调导致细胞在受到内外源刺激时更易发生死亡。此外,上调4种蛋白的Uniprot登陆号则分别为:F5GWP8、F5H826、Q96P70、P08754。  (3)通过对下调蛋白质的深入分析,本研究发现肺癌细胞A549糖酵解途径中几乎所有的催化酶蛋白均出现明显的下调。由于糖酵解对于癌细胞的能量供应更为重要,因此上述发现意味着迭鞘石斛乙醇提取物可能具有特异抑制癌细胞能量供应的作用。另一方面,本研究发现肺癌细胞A549中PRDX蛋白家族6个成员中的5个蛋白(PRDX1、PRDX2、PRDX4、PRDX5、PRDX6)的含量均出现显著的下调。PRDX蛋白家族对于细胞抵抗内外源氧化应激损伤非常重要,在多种癌细胞中的表达量也较高。迭鞘石斛乙醇提取物对肺癌细胞A549中PRDX家族蛋白的下调作用,表明其能够特异破坏肺癌细胞的抗氧化应激机制。  本研究中定量蛋白质组学的实验结果首次系统地从细胞蛋白质组层面,对迭鞘石斛的抑癌作用机理进行了阐释,研究结果有助于系统地了解迭鞘石斛的具体抗癌机制,为开发迭鞘石斛做为潜在的抗癌新药提供临床前实验的数据参考。同时,本研究也为中药这种多成分,多机制药物的作用机理研究提供了参考,具有较大的意义。
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