Skp2调控胶质瘤的增殖、衰老和肿瘤生成

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背景:胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤,尽管通过手术,或者辅以放疗和化疗,患者预后依然不容乐观。一线化疗药物替莫唑胺的应用虽然延长了患者的生存期,但是频发的耐药也使得攻克胶质瘤治疗瓶颈的道路变得困难。因此当前寻找更为积极有效的治疗方法,如逆转耐药等迫在眉睫。S期激酶相关蛋白2(Skp2)是Fox蛋白家族成员,它与Skp1,Cullin1和Rbx1共同组成SCF复合物。Skp2作为SCF复合物E3连接酶通过识别底物使其泛素化,然后经蛋白-泛素酶体途径发生降解或者增进与其他蛋白质之间相互作用、调节蛋白质活性等来调控重要的细胞生物学过程,如细胞周期、DNA修复、Akt激活和有丝分裂等。例如,Skp2通过泛素介导G1期检查点细胞周期依赖蛋白激酶(CDK)抑制p21Cip1/Waf1和p27Kip1的降解来调控细胞周期。细胞周期的稳定性是肿瘤能否为维持其持续增殖的重要标志。p21Cip1/Waf1是作用广泛的细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂,它的稳定性是细胞周期正常进行和细胞正常生命活动所必须。而p27Kip1作为细胞周期的负性调节因子,Skp2靶向磷酸化的p27Kip1促进其降解,从而释放cyclin A或cyclin E/Cdk2复合物,导致细胞周期的恶性进展。而这在混合谱系白血病(MLL)中已得到证实,p27Kip1的上调能够明显地降低的自我更新能力,促进白血病祖细胞的单核分化而诱发细胞死亡;Skp2在维持肿瘤细胞基因稳定性的作用已经被明确,Skp2通过诱发NBS1的k63素化,激活ATM激酶并促使它募集到损伤的DNA中保证DNA的同源重组修复,维持了基因组的稳定性从而增加肿瘤对电离辐射的抵抗;Akt信号通路激活是癌症发生的关键途径,而Skp2在Akt的活化中发挥着重要作用。已有报道,Skp2的表达增高可以诱发Akt的k63泛素化而不令其降解,加强了EGF介导的Akt泛素化以及Akt的激活和膜定位,进而促进肿瘤的进展;此外,我们课题组前期研究成果也证实Skp2是细胞有丝分裂中染色体正确分离所必须的,Skp2通过活化CPC中关键激酶Aurora B从而保证纺锤体装配检测点中染色体的正确分离,进而维持基因组稳定性,促进肿瘤的增殖。这些都说明Skp2是一个致癌基因,它调控着许多重要的生物学过程来促进的肿瘤发生发展。已有报道Skp2在许多肿瘤中过表达,如肝癌,乳腺癌,肺癌,前列腺癌和骨肉瘤。在肝癌中,与正常组织相比,Skp2表达水平明显升高,且还与肿瘤的分期、大小和转移相关。而在三阴性乳腺癌中(TNBC),Skp2的mRNA表达水平增加,患者预后较差,抑制Skp2表达能够抑制肿瘤生长,使细胞周期阻滞G1向S期转化。这进一步说明,Skp2在癌症中的失控作用,是肿瘤进展的重要因素。尽管已经报道了在胶质瘤中Skp2可以促进细胞的增殖、侵袭和转移,但是Skp2在胶质瘤细胞中的具体生物学功能还未知。因此,探究Skp2在胶质瘤中发生发展中的作用,能够给今后的胶质瘤治疗提供新的视角和方向。研究目的:在本次研究中,我们用数据库的测序数据检测了Skp2在胶质瘤中的表达水平,同时也在细胞分子生物学实验中进一步验证,Skp2在胶质瘤中也是表达上调,因而进一步探讨它在胶质瘤细胞增殖、衰老、自我更新以及对替莫唑胺敏感性影响的作用是有必要的,这或许可以为胶质瘤的治疗提供新的思考和可能。研究方法:我们使用网络工具(GEPIA)分析Skp2在各种肿瘤以及胶质瘤(低级别和高级别)中的表达水平差异,并在分子生物实验进一步证明Skp2在正常星型胶质细胞(Astrocyte)与胶质瘤细胞系间的表达差异。为了进一步研究Skp2在胶质瘤细胞中的生物学功能,我们通过慢病毒敲低胶质瘤细胞中Skp2的表达水平,通过CCK8实验来测定Skp2表达下调后的胶质瘤细胞增殖能力以及对替莫唑胺敏感性的变化,克隆形成和克隆成球实验检测Skp2表达下调后胶质瘤细胞的自我更新能力,衰老实验验证敲低Skp2后胶质瘤细胞的衰老程度变化。并且将替莫唑胺与Skp2小分子抑制剂SZL-P1-41、洛伐他汀共同处理胶质瘤细胞,进一步明确干扰Skp2表达后胶质瘤细胞对替莫唑胺的耐受性。同时,也通过动物实验中来明确靶向Skp2是否能够抑制肿瘤生长以及改善肿瘤耐药的作用。结果:Skp2在胶质瘤中高表达,并且表达水平越高的患者,其预后越差。下调Skp2表达水平后,胶质瘤细胞对替莫唑胺的敏感性增加,并减少细胞增殖和肿瘤发生。此外,Skp2在干细胞富集后表达水平增高,而下调Skp2表达可降低干细胞的自我更新能力,以及促进细胞衰老。在体内和体外实验中均证明洛伐他汀和SZL-P1-41可以有效抑制Skp2表达,且增强胶质瘤对替莫唑胺的敏感性。结论:在本次研究中,我们证实了Skp2的表达随着神经胶质瘤级别的递增而升高,并揭示了高表达Skp2则弥漫性神经胶质瘤和低级别胶质瘤患者预后不良。我们还证明了Skp2表达下调可以抑制胶质瘤细胞增殖,提高对替莫唑胺敏感性,并降低胶质瘤干细胞的自我更新能力以及增强胶质瘤的衰老。此外,两种小分子抑制剂(洛伐他汀和SZL-P1-41)在体外实验和肿瘤异种移植小鼠模型体内实验中均证明靶向Skp2可以提高胶质瘤对替莫唑胺的敏感性。为此,我们的研究揭示了Skp2在神经胶质瘤发生中的重要作用,靶向Skp2可能可以潜在地提高神经胶质瘤患者的治疗效果。
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