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四川大学黄灿华团队报道氧化还原蛋白CypA介导结直肠癌耐药的分子机制

已有 1081 次阅读 2021-12-1 14:18 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2021年12月1日凌晨0时,四川大学生物治疗国家重点实验室黄灿华课题组Cell Reports在线发表了题为“Redox-sensitive cyclophilin A elicits chemoresistance through realigning cellular oxidative status in colorectal cancer”的研究论文。


该研究报道了氧化还原蛋白CypA(Cyclophilin A)通过重塑细胞氧化状态介导结直肠癌耐药的分子机制。


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氧化应激和抗氧化反应参与肿瘤发生发展的全过程,在肿瘤耐药、干性特征维持等过程中发挥重要的调控作用。细胞内的经典抗氧化系统包括抗氧化转录因子(Nrf2、FOXOs等)、非催化性质的还原力(GSH、NADPH等)、催化性质的抗氧化物(PRDXs、TRXs、SODs、Catalase等)等。此外,某些高丰度的氧化还原蛋白(Albumin、Mucin等)可通过自身氧化还原修饰介导的非经典抗氧化途径来抵抗氧化应激压力。然而,氧化还原蛋白通过非经典抗氧化途径调控肿瘤耐药的机制仍有待进一步阐明。

 

为了探究调控结直肠癌化疗耐药的非经典抗氧化途径,作者利用氧化还原蛋白质组学数据库、肿瘤相关蛋白数据库(the Human Protein Atlas)、药物靶点数据库(ChEMBL)并结合生物信息学分析,发现CypA是潜在的结直肠癌相关氧化还原蛋白。因此,作者研究了CypA与结直肠癌细胞抗氧化能力之间的关系。通过在结直肠癌细胞中干预CypA表达并检测细胞活性氧自由基(ROS)水平、抗氧化能力等指标,发现CypA能够帮助细胞抵抗氧化应激。非还原SDS-PAGE结合定点突变实验表明,氧化应激条件下,CypA的活性半胱氨酸位点(Cys115和Cys161)发生氧化修饰形成分子内二硫键。进一步实验结果显示,CypA氧化形成分子内二硫键有助于清除细胞内ROS。

 

接下来,为明确氧化形式CypA的还原机制,作者通过免疫共沉淀结合质谱分析,发现抗氧化相关蛋白PRDX2是CypA的潜在相互作用蛋白。进一步生化实验结果表明,PRDX2可以通过二硫键和CypA结合并促进氧化形式的CypA还原,从而实现CypA的循环利用,恢复其抗氧化能力。随后,作者分析了CypA-PRDX2信号轴的临床病理学意义,发现CypA和PRDX2的表达量在化疗反应性较差的结直肠癌患者肿瘤组织中显著升高。进一步分析显示,CypA和PRDX2在结直肠癌患者肿瘤组织中的表达量呈正相关性,并且二者的高表达预示患者的不良预后。

 

在上述研究的基础上,作者利用CypA稳定敲降的结直肠癌细胞及动物模型开展了一系列体内外实验,证实CypA可通过增加细胞抗氧化能力导致结直肠癌化疗耐药。ROS清除剂NAC可以逆转CypA敲降导致的化疗敏感性,进一步证实CypA介导的非经典抗氧化途径在肿瘤化疗耐药中发挥重要作用。随后,作者发现CypA的抑制剂环孢菌素A(Cyclosporine A,CsA)能够增加结直肠癌细胞及动物模型对化疗药物的敏感性,联合CsA和化疗药物可从体内外水平增加结直肠癌治疗效果。进一步研究表明,CypA与CsA的结合与CypA的活性半胱氨酸位点(Cys115和Cys161)密切相关,提示CsA可通过抑制CypA的抗氧化能力,打破结直肠癌细胞的氧化还原稳态,增加结直肠癌对化疗药物的敏感性。

 

综上所述,这项研究阐明了CypA-PRDX2非经典抗氧化途径介导结直肠癌化疗耐药的潜在机制,为临床逆转结直肠癌化疗耐药提供了潜在的联合用药方案。目前,CypA抑制剂CsA治疗转移性结直肠癌已进入3期临床试验阶段,提示CsA具备良好的安全性与有效性,氧化还原蛋白CypA有望成为临床上逆转结直肠癌化疗耐药的药物作用靶标。此外,除经典抗氧化途径以外,Albumin、Mucin等蛋白的氧化还原修饰在机体抗氧化过程中发挥重要作用。该项研究明确了肿瘤耐药背景下,氧化还原蛋白CypA介导非经典抗氧化途径的作用机制,后续仍需从多角度进一步研究非经典抗氧化途径的生物学功能与分子机制。

 

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图文摘要


四川大学生物治疗国家重点实验室的彭李缘博士蒋静文博士为论文的共同第一作者,四川大学生物治疗国家重点实验室的黄灿华教授为论文的通讯作者。此外,该工作还得到了四川大学生物治疗国家重点实验室主任魏于全院士、新加坡国立大学刘益成(Yih-Cherng Liou)教授邓力文(Lih-Wen Deng)教授、澳大利亚莫纳什大学Edouard C. Nice教授和四川大学华西医院胃肠外科陈海宁副教授的大力支持。

 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.110069





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