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研究发现:结直肠癌细胞化疗死亡后促进周围肿瘤细胞存活的机制

2022-11-22科学

实体肿瘤需要在细胞死亡和增殖之间维持动态平衡以确保肿瘤的维持和持续生长,近年来许多研究表明癌细胞凋亡增加与肿瘤微环境中细胞的旁分泌激活相关,但是人们仍不清楚死亡的癌细胞对周围肿瘤上皮细胞的直接影响,以及这一旁分泌效应是否是导致治疗耐药性的原因之一。

2022年11月16日,来自德国法兰克福大学的Florian R. Greten研究团队在Nature(【自然】杂志)上发表题为「Colon tumour cell death causes mTOR dependence by paracrine P2X4 stimulation」的文章,发现化疗诱导的结直肠肿瘤细胞死亡会释放ATP激活P2X4,导致mTOR激活,促进周围肿瘤细胞的存活,抑制P2X4或者抑制mTOR与化疗结合可以显著抑制肿瘤。

研究发现:结直肠癌细胞化疗死亡后促进周围肿瘤细胞存活的机制

德国法兰克福大学Florian R. Greten研究团队在【自然】杂志的文章。BioArt微信公众号供图

为了研究肿瘤细胞死亡对于周围上皮细胞的影响,他们使用人类结直肠癌(hCRC)病人来源的肿瘤类器官(PDTOs),用化疗药物5-FU处理,4小时内就可以显著观察到细胞死亡,然后为了研究在存活的肿瘤类器官中激活的信号通路,他们检测了激酶的活性,发现两个参与mTORC1调控的激酶活性较高。

于是他们想知道mTOR激活是否是导致PDTO化疗抗药性的原因,他们发现5-FU或mTOR抑制剂雷帕霉素单独使用时,对肿瘤影响较小,而当结合使用时显著抑制肿瘤,并且敲降mTOR信号通路组分raptor也可以显著加强肿瘤对5-FU的敏感性,说明hCRC PDTOs对5-FU的耐药性依赖于mTOR的激活。

为了研究细胞死亡诱导的mTOR激活是否是以一种旁分泌的方式发生的,他们利用Lgr5eGFP-DTR+小鼠进行研究,该小鼠可以在白喉毒素(DT)处理下特异性杀死上皮肿瘤细胞,因此他们可以对存活的未表达转基因的周围细胞类群进行研究。他们首先用AOM-DSS诱导小鼠产生肿瘤,验证了DT处理杀死肿瘤细胞后mTOR的激活。由于Lgr5阳性细胞死亡后会激活肿瘤稳态,因此并不会导致肿瘤类器官显著的形态或生长速率变化,但是他们发现DT结合雷帕霉素处理可以导致显著的细胞死亡,抑制肿瘤,而且敲除raptor也有类似的表型。因此,死亡的肿瘤细胞会以一种旁分泌的方式激活mTOR信号促进周围细胞存活。

细胞死亡会导致损伤相关分子模式(DAMPs)的释放,包括各种生长因子、炎症因子、线粒体DNA、活性氧(ROS)和代谢物等。他们发现并不是mtDNA导致了mTOR的激活,而是细胞外ATP水平的上升导致的。细胞外ATP可以被肿瘤微环境中的ATP水解酶水解,产生ADP和腺苷,腺苷可以作为嘌呤受体(P2R)和腺苷受体(P1R)的配体,他们发现其中P2X4在结肠类器官或hCRC类器官中表达量较高,选择性抑制P2X4可以抑制ATP诱导的mTOR激活,并且和5-FU结合时可以显著抑制肿瘤。因此,死亡的肿瘤细胞死亡ATP通过P2X4激活mTORC1。

以上结果说明细胞死亡诱导旁分泌ATP促进存活的肿瘤细胞中P2X4介导的mTORC1激活。值得注意的是,在诱导细胞凋亡之前,存活的肿瘤细胞并不依赖mTOR,因为单独抑制mTOR并不会造成显著的肿瘤抑制,于是他们推测死亡的肿瘤细胞还会诱导另一种促凋亡信号通路,而激活mTORC1可以抑制该通路。他们分别抑制了ROS、mtDNA、HMGB1、TNF、IL-1α通路,发现只有清除ROS可以抑制5-FU和雷帕霉素结合处理导致的肿瘤类器官存活下降。因此,清除ROS可以抑制肿瘤细胞死亡导致的mTOR依赖。

研究发现:结直肠癌细胞化疗死亡后促进周围肿瘤细胞存活的机制

肿瘤细胞死亡通过旁分泌激活P2X4诱导mTOR依赖。BioArt微信公众号 供图

总的来说,这项研究发现了一种肿瘤中响应周围细胞死亡的复杂信号通路,肿瘤细胞死亡释放ATP激活P2X4,导致mTOR依赖,促进周围细胞存活,同时还会释放ROS促进周围细胞死亡。未来将化疗与雷帕霉素或靶向P2X4的疗法结合,或许会成为临床上治疗结直肠癌的新策略。

(原标题【Nature亮点!|结直肠癌细胞化疗死亡后促进周围肿瘤细胞存活的机制】)

原文链接:

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05426-1