《Hepatology》补充抗氧化剂抗癌?不是想吃就能吃!

时间:2017-10-19 16:27:49 点击: 【字体: 收藏

 抗氧化剂在癌症的发生和发展中的角色越来越有争议,越来越多的证据显示不同的抗氧化剂在不同类型的癌症进程中,既有可能会起到积极的预防作用,又或者会加速癌症的发展。尽管不能全盘否认抗氧化剂在预防肿瘤方面积极的作用,该不该使用抗氧化剂以及如何使用,都给人们造成了相当的困扰。第二军医大学近日于《Hepatology》发文指出,在原发性肝细胞癌的发生进程中,靶向线粒体或非靶向线粒体的抗氧化剂具有相当不同的作用。两种类型的抗氧化剂通过影响ATM/ATR的活性,调控DNA的损伤修复,对原发性肝细胞癌的发生发展起到了截然不同的作用,为相关的药物治疗提供了新思路。研究RNA -seq实验部分由伯豪生物助力完成

研究思路


研究结果

1.非靶向线粒体的抗氧化剂促进修复DNA损伤,抑制原发性肝细胞癌(HCC)的发生和发展,而靶向线粒体的抗氧化剂促进肝癌的发生和发展

       通过注射DEN造成原发性肝细胞肿瘤的患病小鼠,分别饲喂两种类型,非靶向线粒体和靶向线粒体的抗氧化剂。饲喂非靶向线粒体NAC的小鼠,其肿瘤大小约为对照组的四分之一,相比而言,肿瘤生长得到了显著抑制。饲喂线粒体靶向型抗氧化剂SS31的HCC小鼠与对照组相比,肿瘤显著增大。相似的实验结果同时由另外两种抗氧化剂,线粒体靶Trolox和线粒体靶向型抗氧化剂MitoQ证实。

       由DEN和CCl4共同作用造成的HCC更接近于人类病症,本研究中同时在DEN和CCl4共同作用产生的HCC小鼠模型上进行了相同的抗氧化剂处理,结果与DEN处理患病小鼠一致。

2.转录测序实验揭示两种类型抗氧化剂处理后氧化还原反应,以及DNA损伤应激反应相关基因表达量显著变化

       对DEN 和CCl4共同处理造成的HCC小鼠,分别饲喂线粒体靶向和非线粒体靶向的两种类型的抗氧化剂处理后,进行转录组测序实验。与PBS处理对照组相比,GO功能分析显示,氧化还原反应相关的基因,表达量发生了显著变化,这表明小鼠体内的氧化还原反应状态可能对于HCC的发生发展起到了重要影响。RNA-seq实验揭示,差异基因在DNA损伤应激反应相关通路显著富集。NAC和SS31引起的氧化还原状态以及DNA损伤反应中很不相同。


       在诸多关注的氧化还原反应相关因子中,细胞色素P450家族中的CYP4A10,CYP4A14,LBP1以及CBR1四个基因表达有显著差异,表现为经NAC处理表达量显著减少,经SS31处理表达量显著增加,测序结果通过qPCR实验验证。同时,免疫荧光试验显示,CYP4A10在经NAC处理后显著减少,而经SS31处理后,积累显著增加。

3. SS31加剧DNA损伤程度,而NAC处理促进修复DNA损伤

       对DNA损伤marker 8-OHdG,以及DEN诱发产生的丙二醛(MDA)进行免疫组化实验,经SS31处理后,DNA损伤标记物显著积累,而在NAC处理后显著降低。同时,脱嘌呤或嘧啶(AP)位点在肝组织的分布经SS31以及NAC处理后也发生了显著变化。这些结果暗示了氧胁迫mtROS可能在DNA损伤中起到的重要作用。

       DDR、组蛋白(H2AX)、p53结合蛋白(P53BP1)、BRCA1在DNA损伤的应激反应中都起到了关键作用,而SS31处理使这些因子的表达显著降低,NAC促进这些蛋白的表达。有意思的是,细胞凋亡和半胱氨酸蛋白酶caspase-3 和多聚 (ADP-核糖)聚合酶PARP,细胞凋亡相关因子额表达仅在NAC和Trolox处理后表达显著提升,而经线粒体靶向的抗氧化剂处理后表达无显著变化。


4. NAC和Trolox通过激活ATM/ATR,减缓DNA的损伤修复。而SS31和MitoQ会通过抑制ATM/ATR活性,加剧DNA的损伤程度


       细胞中ATM和ATR的编码基因具有较高的同源性,均具有丝/苏氨酸蛋白激酶活性, 作用下游靶蛋白相应丝氨酸或苏氨酸位点。在细胞周期调控、DNA损伤识别和修复中处于关键位置。DNA发生损伤后,ATM/ATR是氧化应激反应的中心。一些因素,如DNA损伤或者ATP,会促使ATM发生自身磷酸化,处于激活状态p-ATM。

       在由DEN诱发的肝细胞癌小鼠模型中,NAC和Trolox处理后,pATM/pATR表达明显上升,并且pATM/pATR的下游重要底物 p-CHK1 and p-CHK2也显著增加。相反地,经SS31处理后,,pATM/pATR表达显著下降。
不同类型的抗氧化剂对于ATM的影响,提示我们ROS产生位置的不同,可能会对DNA损伤造成不同的影响。经SS31处理后,p-ATM在线粒体内积累增加,而在细胞核中积累显著降低。相反地,经NAC处理后,p-ATM在线粒体内积累显著降低,而在细胞核中显著增加。另外,免疫荧光实验表明,NAC处理后,ATM在细胞核区域大量积累,而SS31引起ATM在线粒体周围的明显积累。

5.在体内和体外实验中,施用ATM阻断剂后,由DEN诱发的DNA的损伤情况都发生了加剧


       用ATM的抑制剂VE-822阻断ATM发挥作用,由DEN诱发的DNA损伤加剧,效果与NAC处理相抵消。相反地,用ATR/ATM 激活剂能够促进修复DNA损伤,其效果与SS31处理造成的效果相抵。相一致的实验结果在由DEN诱发的肝细胞癌小鼠模型中也得到证实。

研究结论


       在由DEN诱发的肝细胞癌小鼠模型中,NAC和Trolox能够通过激活ATM/ATR,减缓DNA的损伤修复。而相反地,SS31和MitoQ会通过抑制ATM/ATR活性,而加剧DNA的损伤程度。当部分恢复由SS31清除的线粒体ROS后,SS31引起的DNA损伤也会得到缓解。不同类型抗氧化剂对HCC造成的相反的影响,可能的解释是,是由线粒体和非线粒体产生的ROS在肝癌发生初始时期的发挥的作用不同,线粒体内产生的不平衡ROS可能会诱发基因毒素引起的基因损伤,进而造成肿瘤的生成。

原文出处
Wang B, Fu J, Yu T, Xu A, Qin W, Yang Z, Chen Y, Wang H. Contradictory effects of mitochondria- and non-mitochondria-targeted antioxidants on hepatocarcinogenesis by altering DNA repair. Hepatology. 2017.

参考文献
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