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NF-kB在光动力治疗肿瘤中的研究进展

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指示性摘要】传统的抗癌治疗模式给癌症患者带来众多副作用,而光动力疗法作为一种新型的癌症治疗方法,以其独特的靶向性、无耐药性等,引起越来越多学者的关注。以往研究表明,光动力杀伤肿瘤细胞是由多种机制介导的,除了已知的坏死和凋亡机制外,光动力诱导产生的炎性反应也能够间接有利于肿瘤细胞的清除。NF—KB转录因子是调控炎性因子(如细胞因子、趋化因子和细胞粘性因子)的主要因素。此外,NF—KB还调节抗凋亡基因、环氧化酶(COXs)和金属蛋白酶(MMPs)的表达。本文就近年来NF—KB在光动力治疗肿瘤细胞中的研究进展做一综述。

关键词】NF—KB;肿瘤;光动力;治疗

中图分类号】R730.2;R730.57    

文献标识码】A DOI:10.3969/j.issn.1672—4992.2014.01.69

文章编号】1672—4992一(2014)01—0203—05

 

1 光动力作用

      光动力是基于特定的光引起的化学反应即光敏反应而产生作用。光动力作用有三个组成部分:光、氧分子和光敏剂。患者全身或局部使用光敏剂后,需在黑暗中保持几个小时,以保证药物在肿瘤组织中浓集,然后肿瘤组织在长波长(大多数是红外线)的激光下进行照射。光敏剂吸收了光子的能量跃迁为激发态,与邻近的氧分子发生两种反应,产生了活性氧:I型反应机制是光敏剂的三重态与底物发生电子转移或抽氢作用,产生底物或光敏剂的自由基或自由基离子,并进一步与周围的氧反应生成氧化物;1/型反应机制是光敏剂的三重态与基态分子氧发生能量传递并产生单态氧,单态氧分子是主要的光动力氧化产物。这些活性氧可以氧化多种细胞基质,如脂质、蛋白质和DNA,进而影响细胞的功能,最终导致细胞的凋亡和坏死。

     光动力作用于肿瘤细胞除了直接的杀伤作用外,其作用于肿瘤区域产生的急性炎症反应也有利于肿瘤细胞的清除 。在肿瘤细胞清除的过程中,促炎性因子如白介素一113(IL一1β)、粒细胞集落刺激因子(G—CSF)和趋化因子的释放以及内皮细胞表面黏附分子的表达增高,均可使中性粒细胞增加对微血管系统的黏附性和趋向性。

 

2 NF —kB

      NF—KB是重要的转录因子,它参与调控多种生理反应,包括免疫反应、炎性反应、胚胎发育、细胞复制和增殖凋亡等 。NF—KBs家族以同型或异型二聚体的形式存在,共有五个家族成员(p50、RelA或p65、p52、C~Rel和RelB)。上述所有成员的N端都拥有一个大约由300个氨基酸组成的Rel同源域(RHD)包括:二聚化区域、与IKB抑制因子相互作用区域和核转录结合区域 。

      细胞在静息状态时,NF—KB通常与其抑制物IKB结合形成三聚体以无活性复合物的形式存在于细胞质。当机体受到促炎性因子等刺激后,NF—KB信号途径被激活。NF—B的主要信号途径有两条:一条称为经典途径或者标准途径,主要激活p50/p65和p50/c~Rel二聚体;另一条称为旁路途径,主要活化p100/RelB二聚体 。在经典途径中NF—KB被促炎性因子、病毒和Toll样受体因子等激活,激发态的NF—KB诱导激酶NIK和IKB的激酶IKK活化,然后磷酸化IKBαN端的第32和第36位的丝氨酸。磷酸化的IKB在泛素连接酶的催化下与泛素分子共价结合,IKB的分子构象发生变化,被ATP依赖性26分子蛋白酶识别并降解。IKB从三聚体中解离出来,暴露出p65亚基上的DNA结合位点和p50亚基上的易位信号,NF—KB被活化,从细胞质中易位到细胞核,进而与核内DNA上的特异序列相结合,从而发挥基因的转录调控作用。另外一条途径应答LT[5、BAFF和CD40L,主要诱导B细胞的成熟过程,参与适应性免疫应答。它依赖于NIK和IKKo~同二聚体分别磷酸化位于$866、$870和$872上的pl00蛋白残基,这些磷酸化标记pl00使K855进行泛素化,之后被ATP依赖性26S蛋白酶识别并降解 。

 

3 NF—KB在光动力治疗肿瘤中的作用

       1993年,Ryter等 在Photofrin介导的光动力治疗白血病细胞的研究中发现NF—KB的活性增高。后来在其他光敏剂如vertepofin、hypericin、5一aminolevulinic acid等光动力研究中均发现了NF—KB的激活 。下面我们介绍一下近年来NF—KB在光动力治疗肿瘤中研究进展(图1)

   

3.1 NF一kB 和氧化作用

      1991年,Schreck在研究过氧化氢治疗艾滋病的过程中发现,在人类T细胞的NF—KB调节HIV一1的表达和复制的过程中,活性氧可以诱导NF—KB的启动。从此,活性氧在NF—KB的启动中作为一个关键的第二信使,在各种激活因素[如肿瘤坏死因子(TNF)一α、IL一1 β 、UVs、脂多糖(LPS)和Ca2 等]中的作用引起很多学者关注 。

      光敏过程产生的活性氧可以诱导NF—KB的激活,进而引起炎性反应和后续的肿瘤清除作用。1993年,Ryter等发现在光动力治疗L1210白血病细胞的过程中,NF—KB核结合能力增加。在1995年,研究者 发现HIV一1隐性感染单核细胞和淋巴细胞的亚甲蓝光敏反应增加了细胞内单态氧的产生,单态氧转而促进了NF—KB转入核内,导致病毒的启动。然而在一项光动力作用于Hela细胞的研究中,细胞产生AP一1介导的IL一6转录的增加,与NF—KB的活性无关 。由此学者认为,光动力作用中NF—KB的激活可能与细胞系的种类有关。

NF-kB在光动力治疗肿瘤中的研究进展

  图1 NF—KB在光动力作用肿瘤细胞中的反应

 注:肿瘤细胞在光动力作用下,产生的活性氧可以引起NF—KB的激活。NF—KB激活可以通过炎性反应或者凋亡途径使细胞凋亡或坏死,可以通过抗凋亡蛋白引起抗凋亡作用,也可以使COX一2和MMP表达增加而导致细胞增殖。

 

3.2 NF—KB与炎性反应

       光动力诱导中性粒细胞迁移到肿瘤区域,产生急性炎症反应,从而导致肿瘤细胞被清除。在这个过程中,中性粒细胞的迁移有赖于肿瘤细胞、内皮细胞和周围的激活状态的巨噬细胞分泌的细胞因子和趋化因子 。在光动力作用下,阻断IL一6在鼠EMT6肿瘤细胞中释放,就会大幅度地减少循环中的中性粒细胞。IL一1和TNF—α 的抑制剂影响早期(光照后2h)中性粒细胞的聚集,而阻断G—CSF和IL一10的释放会导致晚期(光照后8h)中性粒细胞停止聚集。同时这些研究亦提示中性粒细胞的趋化性和黏附性也有赖于IL一8和巨噬细胞炎症蛋白(MIP)一2趋化因子的释放和细胞黏附分子(ICAM一1)及内皮细胞表面E—selecfin的表达 。

       所有上述促炎症反应因子的启动子至少有一个存在于NF—KB的结合区域。这提示NF—KB可能在光动力作用下中性粒细胞的募集中起重要作用。研究证实,在PPME介导的光动力作用中,NF—KB结合在ICAM一1启动子近端的KB位点,诱导ICAM一1在HMEC一1细胞中的转录 。但是,ICAM一1被转录后,在内质网或者高尔基体中的ICAM一1会受到PPME介导的氧化作用。氧化作用会使溶酶体降解的蛋白被标识,从而阻止ICAM一1的表达和中性粒细胞的募集。相反的,HMEC一1在Photofrin介导的光动力作用下,提高了ICAM一1的表达,进而促进了中性粒细胞在内皮细胞的黏附。这些数据提示,NF—KB的目的基因在转录和翻译后的修饰与使用的光敏剂有关。

 

3.3 NF—KB与凋亡和抗凋亡作用

      NF—KB在细胞凋亡过程中发挥多种作用 。在5一ALA介导的光动力治疗口腔癌细胞系ca9 一22中,通过NF—KB/JNK途径引起细胞凋亡;尽管在淋巴细胞中NF—KB可以通过Fas配基引起细胞凋亡,同时亦有文献报道NF—KB主要产生抗凋亡作用 。Matroule等 在APP介导的光动力治疗结肠癌细胞中发现,NF—KB可以引起抗凋亡作用。近期项研究报道,在5一ALA介导的光动力治疗胶质细胞瘤的作用中,通过药物作用使IKK被抑制从而导致NF—KB的表达被抑制,可以使凋亡作用增强” 。有学者提出,这种抗凋亡作用主要是通过提高抗凋亡蛋白的表达来实现的,如C—IAP一1和一2、TRAF1、TRAF2、A20、MnSOD和Bfl一1。

      Chen和Matroule等 。 研究表明,对于稳定表达IKBctS32、S36A的HCT116突变细胞系,PPME和APP介导的光动力作用并没有引起NF—KB的激活。在光动力作用中,这种HCT116突变细胞系与野生型的相比,生存率明显下降。Matroule等又从TUNEL染色、Procaspase一3、8、9和PARP的显著分解等证实:在光动力作用中变异的细胞系对凋亡有更高的敏感性,但是细胞色素C的释放没有受到影响。

 

3.4 NF—KB与CoX一2、MMP

       环氧化酶(包括COX一1和COX一2)可以催化花生四烯酸转化为前列腺素,参与炎性反应、排卵、移植、血管再生、血小板聚集和免疫功能等多种生物反应过程。COX一2在肿瘤中通常出现过表达,尤其是大肠癌。在大肠癌中COX一2可以修饰肿瘤细胞的特性,如增加对细胞外基质的黏附性、提高细胞的活力、抑制细胞凋亡和诱导细胞增殖等。研究表明,COX一2抑制剂可以增强光动力清除肿瘤细胞的作用 。Volanti等 研究证实PPME介导的光动力作用可以引起Hela和T24细胞系中的COX一2转录上调。他们发现BAY 11—7085(IKK抑制剂)及高表达IKBaS32、36A的细胞系可以降低COX一2的高表达,这提示光动力作用引起的COX一2高表达是由NF—KB通路介导的。与PPME相反的是,在hypericin介导的T24细胞系光动力作用中,COX一2的高表达与NF—KB的活性无关,而是与p38MAP激酶引起的COX一2的mRNA的稳定性有关口 。由此,作者认为:细胞系、光敏剂的不同均会影响光动力的作用途径。

      基质金属蛋白酶(MMP)作为重要的内肽酶,参与了细胞迁移、血管生成、排卵、精子成熟、肿瘤的生长和扩散、纤维化、关节炎等病理和生理过程。它们在肿瘤发生发展的过程中的关键作用已经很明确,所以MMP作为肿瘤治疗靶点受到很多学者关注 。MMP家族的启动子中包含了许多转录因子结合区域,如:CEBP、AP一1、STAT、CREB、p53和NF—KB。在5一ALA介导的光动力治疗角质细胞的条件培养基中,纤维母细胞中MMP一1和~3的表达水平增加,并且依赖于IL—Iα的释放 。由于IL—Iα仅是明确的NF—KB诱导剂,所以作者认为MMP一1和一3的启动是被NF—KB介导的。Ferrario等 发现在小鼠乳腺癌的模型中,Photofrin介导的光动力作用诱导了MMP一9在内皮细胞和炎性细胞中的表达。由于Photofrin可以激活NF—KB,所以Ferrario等 认为NF—KB在MMP一9的激活中发挥了重要的作用。

 

4 展望

      通过本文的阐述,我们可以看出NF—KB在光动力作用于肿瘤细胞中发挥重要的作用。但是仍有一些亟待解决的问题,需要进一步研究。例如NF~KB光动力作用中的具体通路,NF—KB通路如何应用于肿瘤光动力治疗。相信随着研究的深入,NF—KB在光动力治疗肿瘤中的作用和具体应用价值会越来越明确。

 

    ——原文来源《现代肿瘤医学》 CAS 2014年第22卷第1期 203-207页,共5页. 《Journal of Modern Oncology》

 
 

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