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浙大科學家發現已獲批糖尿病藥物或可以治療致命性乳腺癌

日期:2017/3/20 16:48:32 發布人:中科基因

據WHO統計,全世界每年約有120萬女性患乳腺癌,50萬女性死于乳腺癌[1]。基底樣乳腺癌是乳腺癌非常兇險的一種,具有極高的侵襲性,能夠迅速擴散或轉移到腦和肺[2]。由于一直沒有發現有效藥物,所以在臨床上基底型乳腺癌患者死亡率極高。


科學家一直在尋找有效的治療方法。近年來,有研究表明糖尿病與乳腺癌有一定的相關性[3]。糖尿病有很多種治療方法和藥物,這里面是不是也潛藏著治療基底樣乳腺癌的方法呢?

來自中國浙江大學的董辰方教授研究團隊終于找到了答案。他們發現,在基底樣乳腺癌細胞里,有一種叫做AKR1B1的酶異常活躍,這個酶竟然可以間接「解放」癌細胞,讓原本被黏在一處不能移動的癌細胞大變身,可以在患者體內隨意流竄。這也是這種癌癥兇險的一大原因。

說來也巧,AKR1B1正是已經確定的幾個糖尿病相關基因之一。當前用來治療糖尿病的一些AKR1B1酶抑制劑,比如藥物依帕司他,就可能會成為治療致命性乳腺癌的有效靶向藥物[4]。董辰方教授團隊的這一重要研究成果于3月7日發表在著名醫學期刊《Journal of Experimental Medicine》上。

實際上,AKR1B1「解放」癌細胞的過程,正是通過上皮-間質細胞轉化(EMT),即不具備運動能力的上皮細胞轉變為有運動能力的間充質細胞的過程。這一過程在癌癥的發生過程中,參與了腫瘤干細胞的形成以及腫瘤細胞的浸潤、遷移和轉移。也就是說,癌癥的發生和癌細胞的轉移擴散,其重要步驟就是上皮-間質細胞轉化過程[5]。

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上皮-間質細胞轉化(從方方正正的「良家」細胞,變成了「尖頭尖腦」的惡性細胞)

董辰方團隊通過前期實驗,發現在基底樣乳腺癌中細胞中,AKR1B1的表達,明顯高于其他乳腺癌亞型。為了驗證這種聯系,研究人員嘗試在基底樣乳腺癌細胞中將AKR1B1基因敲低表達。結果就顯示,當AKR1B1蛋白酶在細胞內降低時,細胞內E-鈣粘蛋白(細胞之間的「粘合劑」)顯著增加,細胞就被固定的更牢靠了。而當AKR1B1蛋白酶增加時,E-鈣粘蛋白就變少了,對細胞的束縛就變少了。

因此,也就可以說明,AKR1B1確實在誘導基底樣乳腺癌細胞獲得遷移和侵襲能力中起到了重要作用[6]。這只是驗證了AKR1B1和基底樣乳腺癌的聯系,并不能解釋什么。

問題的關鍵來了!為了進一步探究AKR1B1和上皮-間質細胞轉化過程的功能機制,研究人員將矛頭指向了Twist2。因為已知Twist2在上皮-間質細胞轉化過程中,發揮著至關重要的作用。也已有研究證明,在基底樣乳腺癌細胞中Twist2顯著表達,而正常的乳腺癌細胞中則無表達。

果然,團隊的研究人員發現,AKR1B1的表達是其實由細胞轉錄因子Twist2誘導的。而更讓人驚訝的是,AKR1B1表達后,會通過產生激活NF-B信號通路的前列腺素F2來進一步提高Twist2水平。如此一來,在上皮-間質細胞轉化過程中,Twist2誘導了AKR1B1的表達,而AKR1B1又會提高Twist2的水平。

正是這種“正反饋循環”,對基底樣乳腺癌細胞歷經上皮-間質細胞轉化起到了強大的推波助瀾作用。仔細想想基底樣乳腺癌的快致命性和高死亡率,不禁有點恍然大悟的感覺。下圖就是研究人員發現的“AKR1B1通過激活EMT程序的正反饋回路促發基底樣乳腺癌”的機制模型。

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AKR1B1通過正反饋回路調節EMT導致致瘤性和轉移模型

如文章開頭提到的那樣,這一發現意味著AKR1B1抑制劑,不光能治糖尿病,還可以作為治療基底樣乳腺癌的有效靶向藥物。為了驗證這一大膽猜想,研究人員接著做了一系列嚴謹的實驗:

首先,通過人類基底樣乳腺癌細胞的體外培養基實驗,來驗證在離體環境下AKR1B1敲低表達的結果。令人十分激動的是,對AKR1B1敲低表達或者給予依帕司他藥物,能夠顯著引起基底樣乳腺癌細胞集落的減少(因為細胞自由了,就各玩兒各的去了),而在AKR1B1表達的細胞中,集落的形成明顯增加。

接著,研究人員又把實驗轉移小白鼠身上。結果顯示,給予依帕司他藥物,能夠明顯抑制小鼠體內的腫瘤生長;而不給藥的小鼠,由于AKR1B1的表達,體內腫瘤生長明顯。

最后,研究人員對抑制AKR1B1表達是否會影響腫瘤轉移進行了測試。結果同樣引人注目,給予依帕司他藥物,降低AKR1B1活性,能夠大大抑制體內癌細胞的肺轉移。實驗的結果已經充分表明,AKR1B1抑制劑可以在體外和小鼠體內很好地阻止人類基底樣乳腺癌細胞的轉移和侵襲。

更重要的是,依帕司他作為一種抑制AKR1B1活性的藥物,已被日本批準用于治療與糖尿病相關的周圍神經病變。董辰方教授說:“鑒于依帕司他已在市場上銷售,而且沒有主要的副作用,我們的研究提供了一個依據——依帕司他可能成為一種用于臨床治療基底樣乳腺癌最有價值的靶向藥物[7]。”

參考資料:

[1] http://www.who.int/bulletin/volumes/91/9/13-020913/zh/

[2] Kreike B, van Kouwenhove M, Horlings H, et al. Gene expression profiling and histopathological characterization of triple-negative/basal-like breast carcinomas[J]. Breast Cancer Research, 2007, 9(5): R65.

[3] 沈麗, 段衛明, 陶敏. 乳腺癌與糖尿病關聯研究的新進展[J]. 現代儀器與醫療, 2014, 20(1):17-21.

[4] https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170307112854.htm

[5] Dong C, Wu Y, Yao J, et al. G9a interacts with Snail and is critical for Snail-mediated E-cadherin repression in human breast cancer[J]. The Journal of clinical investigation, 2012, 122(4): 1469-1486.

[6] Xuebiao Wu, Xiaoli Li, Qiang Fu, Qianhua Cao, Xingyu Chen, Mengjie Wang, Jie Yu, Jingpei Long, Jun Yao, Huixin Liu, Danping Wang, Ruocen Liao, Chenfang Dong. AKR1B1 promotes basal-like breast cancer progression by a positive feedback loop that activates the EMT program. The Journal of Experimental Medicine, 2017;

[7] https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170307112854.htm



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