扬州大学/兰州大学第一医院：促进癌细胞死亡新疗法！提高放疗疗效

放疗是一种重要的肿瘤治疗策略，可直接或间接引起肿瘤细胞的DNA损伤。自噬是一种与DNA损伤相关的生理过程。

线粒体自噬是自噬的一种形式，它特异性靶向并清除受损的线粒体，从而维持细胞稳态。然而，DNA损伤和线粒体自噬之间的联系尚未完全阐明。我们发现，线粒体自噬作为上游信号，通过下调或过表达线粒体自噬关键蛋白Parkin和BNIP3来增加电离辐射诱导的DNA损伤。增强线粒体自噬基础水平联合X射线照射可减少G2/M期阻滞，显著增加γ-H2AX、53BP1和PARP1焦点在细胞核内的聚集，增强DNA损伤，促进肿瘤细胞的死亡。因此，这种方法延长了携带黑色素瘤的小鼠的生存期。本研究结果有望为提高放疗疗效提供一种治疗方法。

https://www.nature.com/articles/s41420-023-01573-0

研究背景

 01 

DNA损伤与肿瘤的发生、发展密切相关。在DNA损伤应答(DNA damage response, DDR)中，放疗激活了许多信号通路，尤其是涉及PI3 -激酶的信号通路，如共济失调毛细血管扩张症和rad3相关蛋白(ATR)和共济失调毛细血管扩张症突变(ATM)。ATR是一种对丝氨酸和苏氨酸残基具有特异性的蛋白激酶，在检测到DNA单链断裂(SSB)后被激活。当DNA双链断裂(DSB)发生时，丝氨酸/苏氨酸特异性激酶ATM被激活。ATM磷酸化p53并调节p53/Cyclin B1介导的G2/M期阻滞。检查点激酶Chk1和Chk2被ATR和ATM磷酸化和激活，在调节G2期检查点中具有重要作用，可能成为放疗的潜在靶点。在没有外源性DNA损伤的情况下，Chk1激酶被部分磷酸化，并在DNA损伤和复制阻滞[9]后被ATR进一步激活。Chk2在整个细胞周期的正常组织中大量表达。它们在DNA损伤后被ATM激活，这也是辐射诱导Chk2激活的主要途径。

BRCA1在细胞周期的所有阶段以及DNA损伤修复中都发挥作用。ATR和ATM通过多种丝氨酸残基的磷酸化诱导BRCA1的激活。激活后，BRCA1增强ATR/Chk1的激活，并增强照射后的G2期阻滞。53BP1 (p53结合蛋白1)是一种具有Tudor结构域的中介蛋白，它需要定位于DNA损伤的位点。焦点是通过在DNA损伤附近快速募集53BP1来创建的，这是由ATM或ATR介导的DDR信号通路诱导的。此外，Chk1促进BRCA1的磷酸化，这是53BP1正确定位于DNA损伤位点[2]所必需的。在发生双链断裂时，断裂位点发生组蛋白H2AX的丝氨酸139磷酸化(γ-H2AX)。磷酸化γ-H2AX在DSB位点聚集，同时募集多种分子，形成焦点，参与早期DDR。PARP1是聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARP)家族成员，参与SSB的识别。PARP抑制剂引起不可修复的SSB和复制叉的崩溃。

研究过程

 02 

电离辐射抑制细胞增殖

对人胰腺癌细胞株PANC-1和SW1990以及小鼠黑色素瘤细胞株B16和S91进行2 Gy、4 Gy和8 Gy的X射线照射。随着辐射剂量的增加，细胞增殖减少，体积增大，细胞扁平、肿胀。CCK8实验显示，照射48 小时后细胞活力下降。此外，克隆形成率显著下降。照射的所有效应均与剂量有关。接下来，我们检测了Ki67和c-Myc这两种肿瘤细胞恶性程度的标志物，发现不同剂量的电离辐射可以显著降低它们在四种细胞系中的表达。此外，4 Gy X射线照射降低了B16和S91黑色素瘤的细胞核大小和Ki67的表达。因此，电离辐射阻止了肿瘤细胞的增殖。

电离辐射抑制细胞增殖

研究成果

 03 

我们得出结论，电离辐射可以引起Parkin/BNIP3介导的线粒体自噬，增强DNA损伤，提高肿瘤细胞的放射敏感性，最终促进肿瘤细胞死亡。我们的发现可以为临床放疗提供新的策略;放射联合线粒体自噬诱导剂可能会取得更好的治疗效果。虽然我们的研究表明Parkin/ BNIP3介导的线粒体自噬可增加电离辐射诱导的DNA损伤，但许多分子机制仍不清楚。Sarkar等声称，ATM-Parkin相互作用对Parkin稳定性很重要。据报道铅(Pb)诱导的线粒体自噬是通过ATM激活PINK1/Parkin通路介导的。因此，在电离辐射的情况下，Parkin和BNIP3是否与ATR和ATM相互作用，或者它们是否通过细胞因子或趋化因子连接，需要进一步的研究。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41420-023-01573-0

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。