沈阳药科大学考研，沈阳药科大学考研科目
肺癌是一种发病率和死亡率都很高的恶性肿瘤，每年可造成170多万人死亡，其中80-85%为非小细胞肺癌（NSCLC）[1]。
紫杉醇（PTX）是治疗晚期非小细胞肺癌的一线化疗药物。然而，随着治疗时间的延长，患者很容易对PTX产生耐药，严重影响治疗效果和患者的生存期[2]。
基于目前已报道的几种耐药机制的治疗方法并未达到预期效果。因此，迫切需要探索PTX耐药的分子机制，发现新的耐药靶点和治疗药物。
近日，由沈阳药科大学王立辉和吴春福领衔的研究团队，在著名期刊Molecular Cancer上发表重要研究成果，揭示了非小细胞肺癌对紫杉醇耐药新机制。
他们发现，对紫杉醇耐药的非小细胞肺癌细胞和肿瘤组织中乙醛脱氢酶2（ALDH2）表达增高，ALDH2通过组蛋白甲基转移酶G9a/核转录因子Y-α/乙醛脱氢酶2（EHMT2/NFYA-ALDH2）信号轴调节RAS/RAF信号通路，进而调节非小细胞肺癌对紫杉醇的耐药性；下调ALDH2表达可以增加PTX对NSCLC耐药细胞或异种移植肿瘤治疗有效性，逆转PTX耐药[3]。
这项研究揭示了一种非小细胞肺癌对PTX耐药的新机制，并为逆转肺癌耐药奠定了药理学基础。
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接下来，我们看看这项研究是如何开展的。
首先，研究人员通过基因芯片分析了PTX耐药NSCLC细胞株（NSCLC/PTX细胞）和PTX敏感NSCLC细胞株（NSCLC细胞）之间基因表达的差异。进一步通路分析表明，与干细胞和耐药性相关的信号通路富集明显，这说明干细胞样变化可能与肺癌的PTX耐药有关。
随后，流式细胞术分析结果表明，PTX耐药细胞的乙醛脱氢酶（ALDH）活性显著高于PTX敏感细胞，而ALDH被广泛用作肿瘤干细胞（CSCs）的标记物[4]。
进一步分析表明，ALDH2亚型在NSCLC/PTX细胞中的蛋白表达高于NSCLC细胞；ALDH2的表达水平与PTX敏感性显著相关，ALDH2的表达水平越高，肺癌细胞对PTX的敏感性越低。
为了证实ALDH2与非小细胞肺癌患者PTX敏感性之间的关系，研究团队测定了46例接受PTX治疗的非小细胞肺癌患者组织标本中ALDH2的表达水平，结果表明，与低ALDH2组相比，ALDH2蛋白的高表达与总体生存率低显著相关。
上述结果表明，ALDH2在PTX耐药过程中可能起着重要作用。
非小细胞肺癌紫杉醇耐药相关基因ALDH2的鉴定
研究人员还发现，ALDH2敲除后，PTX对NSCLC/PTX细胞的有效性显著增加，而在过表达ALDH2的NSCLC细胞中，PTX的有效性显著降低；并且ALDH2基因敲除后，NSCLC/PTX细胞迁移和自我更新的能力显著降低，过表达ALDH2后，NSCLC细胞的迁移和自我更新能力显著增强。
那么，抑制ALDH2的活性是否会影响NSCLC细胞对PTX的敏感性呢？
为了回答上述问题，他们使用了一种叫做大豆苷（DZN）的ALDH2特异性抑制剂，结果发现大豆苷在NSCLC/PTX细胞中的非细胞毒性浓度下显著抑制ALDH2活性；在非细胞毒性浓度下，大豆苷与PTX联合使用显著增加了NSCLC/PTX细胞对PTX的敏感性。
随后，为了验证ALDH2和PTX耐药性之间关系的特异性，研究团队瞬时沉默ALDH2和其他CSC相关的ALDH亚型（ALDH1A1和ALDH3A1），并测定NSCLC/PTX细胞对PTX的敏感性。结果表明，其他ALDH亚型的瞬时沉默对PTX的敏感性没有显著影响，然而，当ALDH2短暂沉默时，NSCLC/PTX细胞对PTX的敏感性显著增强。
小鼠体内成瘤实验显示，PTX对过表达ALDH2的NCI-H1299细胞异种移植瘤抑制率为39.36%，对转导空载体的NCI-H1299细胞异种移植瘤抑制率为53.19%。
以上体内外实验结果表明，ALDH2与PTX耐药有关。
ALDH2表达水平与NSCLC细胞对PTX的耐药有关
接下来，研究团队进一步探讨了ALDH2影响NSCLC细胞对PTX耐药的相关机制。
他们发现，ALDH2转录水平的改变是导致ALDH2表达失调的主要机制，核转录因子Y-α（NFYA）的表达水平与ALDH2的表达水平呈正相关，组蛋白甲基转移酶G9a（EHMT2）负调控ALDH2的表达。
具体来说，EHMT2能调控NFYA与ALDH2启动子的结合能力。抑制EHMT2通路，NFYA与ALDH2启动子的结合能力增强，ALDH2的转录升高。这些结果表明，EHMT2和NFYA在ALDH2的调节中具有协同作用。
ALDH2的转录激活由NFYA和EHMT2共同调节
接下来，研究团队探索了ALDH2介导非小细胞肺癌PTX耐药的相关信号通路。通路分析显示，TGF通路、RAF通路、EMT通路均显著富集（PRAS/RAF通路参与了ALDH2介导的紫杉醇耐药。
为了研究RAS/RAF通路的作用，研究人员在ALDH2敲除的NSCLC/PTX细胞中过表达RAS/RAF通路中的两个关键蛋白：KRAS和RAF1。研究结果表明，当KRAS和RAF1在ALDH2敲除的NSCLC/PTX细胞中过度表达时，PTX的治疗有效性降低。
上述结果证明，RAS/RAF通路参与了ALDH2介导的PTX耐药性。
NSCLC/PTX细胞中敲除ALDH2基因可以抑制的RAS/RAF信号通路
以上结果证实ALDH2与非小细胞肺癌对PTX耐药密切相关，研究人员假设抑制ALDH2可能是逆转PTX耐药性的潜在途径。
为了证实这一假设，研究团队探索了PTX联合DZN（ALDH2特异性抑制剂）或DSF（ALDH2非特异性抑制剂）在非细胞毒性浓度下对NSCLC/PTX细胞的疗效。结果表明，DZN-PTX或DSF-PTX对NSCLC/PTX细胞的生长抑制具有协同作用；小鼠异种移植模型结果显示，与单纯PTX组相比，DZN-PTX组和DSF-PTX组的肿瘤体积明显更小，并且，DZN-PTX组的肿瘤重量显著降低；这些结果表明，抑制ALDH2可逆转PTX耐药。
随后研究人员还证实，与单独使用PTX相比，DZN-PTX和DSF-PTX显著增加了肿瘤组织中的细胞凋亡水平；并且PTX联合ALDH2抑制剂可抑制Erk1/2（细胞外调节蛋白激酶）和MEK1/2（丝/苏氨酸蛋白激酶）磷酸化；
上述数据表明，在异种移植模型中，DZN或DSF对ALDH2的抑制可通过诱导细胞凋亡和抑制RAS/RAF途径逆转PTX耐药性。
DZN和DSF在体内显著降低NSCLC/PTX细胞对紫杉醇的耐药性
同样地，EHMT2通路抑制剂JIB04也能逆转NSCLC癌细胞对PTX的耐药。
总的来说，这项研究表明，ALDH2在非小细胞肺癌对紫杉醇耐药过程中起着重要作用，ALDH2表达增加，NSCLC细胞对PTX耐药性增加；NFYA是ALDH2的重要转录激活因子，抑制EHMT2可促进NFYA与ALDH2启动子的结合，从而激活ALDH2的转录，EHMT2/NFYA-ALDH2信号轴通过调节RAS/RAF信号通路，进而调节非小细胞肺癌对紫杉醇的耐药性；通过ALDH2抑制剂或下调ALDH2表达可以增加PTX对NSCLC/PTX细胞或异种移植肿瘤的治疗有效性，并逆转PTX耐药。
这项研究揭示了一种非小细胞肺癌对紫杉醇耐药的新机制，并在此基础上提出了两种逆转ALDH2介导的PTX耐药性的新策略，这可能为克服PTX耐药提供了新的思路和突破。
参考文献：
1.Molina JR, Yang P, Cassivi SD, Schild SE, Adjei AA. Non-small cell lung cancer: epidemiology, risk factors, treatment, and survivorship. Mayo Clin Proc. 2008;83(5):584-594. doi:10.4065/83.5.584
2.Hopper-Borge EA, Churchill T, Paulose C, et al. Contribution of Abcc10 (Mrp7) to in vivo paclitaxel resistance as assessed in Abcc10(-/-) mice. Cancer Res. 2011;71(10):3649-3657. doi:10.1158/0008-5472.CAN-10-3623
4.Liu X, Wang L, Cui W, et al. Targeting ALDH1A1 by disulfiram/copper complex inhibits non-small cell lung cancer recurrence driven by ALDH-positive cancer stem cells. Oncotarget. 2016;7(36):58516-58530. doi:10.18632/oncotarget.11305
责任编辑丨BioTalker
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