北京大學發(fā)文：可治療肝癌的納米顆粒
8月28日，北京大學研究團隊在期刊《Cell Death Discovery》上發(fā)表了題為“Metal-polyphenol-network coated R612F nanoparticles reduce drug resistance in hepatocellular carcinoma by inhibiting stress granules”的研究論文，本研究中，研究人員證明了p110α是SGs組裝所必需的。從機制上講，p110α的Arg-Gly (RG)基序是SG能力所必需的，并調節(jié)SG成分的募集。蛋白精氨酸甲基轉移酶1 (PRMT1)介導的p110α甲基化干擾了p110α向SG組分的募集，從而抑制了p110α向SGs的促進。在此基礎上，研究人員制備了金屬多酚網絡包被的R612F納米顆粒(MPN-R612F)，該納米顆?？梢愿咝нM入HCC細胞，維持p110α的超甲基化狀態(tài)，從而抑制SGs的組裝，終降低HCC細胞對索拉非尼的耐藥性。MPN-R612F納米顆粒與索拉非尼聯(lián)合使用可以更有效地殺傷HCC細胞，發(fā)揮更強的抗腫瘤作用。本研究為靶向SGs治療HCC提供了新的視角。
背景知識
肝細胞癌(HCC)是常見的惡性腫瘤，長期威脅著人類的健康。HCC早期預后良好，但由于其隱蔽性較強，多數發(fā)現時已進入中晚期。目前的治療效果不足，因此死亡率較高。對于不符合手術治療條件的患者，化療是較佳選擇。索拉非尼是一種多激酶抑制劑，可促進細胞凋亡，減少血管生成，抑制腫瘤細胞增殖，目前是晚期HCC的有效一線治療藥物。不幸的是，對索拉非尼的耐藥性越來越普遍。據報道，索拉非尼在各種來源的癌細胞中是應激顆粒(SGs)的有效誘導劑，包括HCC、前列腺癌、乳腺癌、宮頸癌細胞。相應地，SGs的形成有助于HCC細胞對索拉非尼的耐藥。
SGs被認為是一種無膜細胞器，是細胞抵御外界應激的一種保護機制。它們主要由停滯的翻譯起始前復合物(PICs)組成，包括核糖體大小的亞基、翻譯起始因子和許多RNA結合蛋白。SGs的形成有多種原因，如氧化應激、內質網應激、熱休克、缺氧、饑餓、病毒感染或藥物誘導等。SGs已被證實存在于多種腫瘤中，其某些核心蛋白的高表達往往與HCC呈正相關。同時，當肝癌細胞暴露于化療等環(huán)境應激時，通常會調用SGs來修復應激誘導的變化，終抑制肝癌細胞凋亡。SGs的持續(xù)積累常導致化療耐藥性的增加。探索SGs形成機制對改進HCC治療策略具有重要意義。
p110α調節(jié)肝癌細胞中SGs的形成
研究人員使用p110α過表達系統(tǒng)和慢病毒介導的敲低來研究p110α對HepG2和Huh7細胞系中SGs形成的影響。以G3BP1和另一種典型的SG組分eIF4G為標記物，免疫熒光實驗表明，p110α過表達顯著且均勻地促進AS-、Sorb-、H2O2-和NaCl-誘導的SGs形成。免疫熒光融合圖像(黃色)表示SGs灶陽性細胞。通過shRNA敲低HepG2和Huh7細胞中p110α的表達，觀察其對4種不同化學物質誘導的SGs組裝的影響。如圖1C, D所示，在壓力下，p110α敲低后SGs檢測明顯低于對照組。此外，研究人員還檢測了去除AS后SGs的形成，p110α過表達延遲了As去除后SGs的拆卸。而在p110α敲低的各組中，SGs幾乎未檢測到。這些結果表明，p110α不僅促進應力誘導的SG組裝，而且延緩應力去除后SG的拆卸。綜上所述，這些結果表明p110α是SG動力學的核心調節(jié)器，負責SGs的組裝和拆卸。
圖1：p110α調控肝癌細胞中SGs的形成
PRMT1誘導的p110α甲基化可抑制肝癌細胞SGs的組裝
研究人員將PRMT1與野生型p110α或突變型R612A共轉染HepG2和Huh7細胞，免疫熒光實驗顯示，過表達PRMT1顯著抑制p110α促進SG形成的作用，但對R612A促進SG形成的作用無影響。而PRMT1敲除顯著增強了p110α促進SG裝配的作用，但對R612A促進SG裝配的作用無影響。prmt1誘導的p110α甲基化可抑制p110α介導的SG組裝。蛋白質免疫印跡實驗檢測證實上述細胞株構建成功。機制上，PRMT1敲除顯著增強了p110α與SG成核蛋白RPS6和RPL4的相互作用，而PRMT1過表達顯著抑制了p110α與SG成核蛋白的結合。因此，PRMT1敲除消除了p110α ADMA信號，而PRMT1過表達誘導了p110α ADMA信號，表明PRMT1介導的精氨酸甲基化抑制了p110α與sgs相關元件的結合。綜上所述，這些結果證實了PRMT1是一個重要的分子開關，通過介導p110α精氨酸甲基化在SG動力學的調節(jié)中發(fā)揮作用。
設計納米顆粒MPN-R612F以增強索拉非尼的抗腫瘤能力
在本研究中，研究人員還發(fā)現索拉非尼處理顯著誘導了應激顆粒的聚集，而對照組沒有。有趣的是，研究人員索拉非尼處理后，HepG2和Huh7細胞中PRMT1蛋白水平降低，而p110α蛋白水平保持不變。同時，索拉非尼治療顯著降低了p110α甲基化水平。索拉非尼與SGs、甲基化p110α之間存在一定的相關性。研究人員構建了一個陽性(Arg/Phe)突變R612F，該突變通過將精氨酸替換為苯丙氨酸來模擬組成性精氨酸甲基化，苯丙氨酸具有類似大小的烴鏈，并且攜帶大量疏水部分。Phe突變引起的疏水作用對可甲基化的精氨酸殘基具有特異性，能夠模擬精氨酸的甲基化，導致p110α呈現高甲基化狀態(tài)。蛋白質印跡法分析證實，在PRMT1缺失的情況下，R612F確實發(fā)生了甲基化，其甲基化效應與PRMT1對p110α的甲基化效應相似。因此，研究人員計劃基于突變體R612F設計一種納米顆粒。
研究表明，研究人員設計的MPN-R6-12F納米顆?？梢酝ㄟ^抑制應激顆粒的形成有效殺死腫瘤，對肝臟和腎臟的損傷較小。與索拉非尼聯(lián)合使用可顯著增強索拉非尼的抗腫瘤效果。
研究小結
綜上，本研究揭示了p110α通過調節(jié)SGs蛋白之間的相互作用來促進SGs的形成。prmt1介導的p110α甲基化在肝癌細胞對索拉非尼的耐藥中起重要作用。MPN-R612F聯(lián)合索拉非尼可能克服傳統(tǒng)抗癌藥物產生的藥物耐受性，為傳統(tǒng)治療策略失敗的HCC治療提供新的臨床視角。
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