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[目的]
Metformin作为一种有效的双胍类降糖药物,数十年来在全球被广泛应用于2型糖尿病的治疗。近期多个系列的研究发现,Metformin除了可以治疗糖尿病以外还具有潜在的预防和抵抗癌症发生的保护性功效。与接受其他抗糖尿病药物治疗的患者相比,接受Metformin治疗的糖尿病患者罹患癌症的风险最低,最新的糖尿病和肿瘤学研究领域的研究数据证实,Metformin不仅可以预防癌症的发生,还可以作为一种辅助剂增强化疗药物对肿瘤细胞的杀伤作用。目前,对于Metformin在糖尿病治疗以及癌症防治中发挥作用的具体分子机制,依旧知之甚少。
当前的主流观点认为,Metformin通过激活细胞内一种关键的能量控制蛋白AMP-活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)来发挥其药理作用,对AMPK之外的其他信号途径鲜有报道。最近的研究已经证实,Metformin对AMPK的激活必须借助AMPK的上游激酶LKB1的催化作用。我们在前期实验中意外地发现在LKB1缺失的Hela细胞系中,Metformin可以在不激活AMPK的情况下抑制黄酮类药物槲皮素(Quercetin)诱导的细胞自噬。而自噬本身,作为当前癌症治疗领域新的研究热点,有望成为癌症治疗重要靶标,因此,槲皮素与Metformin对Hela细胞自噬的诱导和抑制,所涉及的具体分子机制非常值得进一步研究。通过研究,我们尝试对槲皮素和Metformin在疾病治疗中的作用机制提供一些新的解释,并探讨槲皮素和Metformin作为潜在的自噬调节剂在肿瘤治疗方面的应用前景。
[方法]
首先用MTT法结合流式细胞仪检测,确定槲皮素诱导Hela细胞自噬的合适浓度范围。通过电镜检测,确认经25-50μM的槲皮素诱导的Hela细胞中出现的囊泡是自噬体。采用MDC染色,荧光显微镜观察不同浓度槲皮素诱导产生的自噬强度以及不同浓度的Metformin对槲皮素诱导的自噬抑制效果。采用WesternBlot的方法检测当前最受关注的两大自噬相关信号途径:AMPK-mTOR通路和DAPK-Beclin1通路中激酶AMPK和DAPK蛋白及蛋白磷酸化水平在上述的自噬诱导和抑制过程的变化情况,探索槲皮素和Metformin在自噬诱导和抑制中的具体分子机制。
[结果]
MTT和流式细胞仪的检测结果表明,25-50μM浓度范围的槲皮素对细胞周期有阻滞作用,但尚未诱导细胞凋亡的发生。透射电镜结合MDC染色和荧光显微镜观察,结果证实25-50μM的槲皮素可有效诱导Hela细胞发生自噬。槲皮素诱导的Hela细胞自噬强度随药物浓度升高而逐渐增加,与之相应的分子水平的变化是DAPK Ser308位点去磷酸化现象逐步加剧,这表明槲皮素以浓度依赖性方式逐步增强了DAPK激酶的活性。出乎意料的是,Metformin,这种一直被用作AMPK激活剂的化合物,竟然以AMPK非依赖性的方式显著下调DAPK,抑制槲皮素诱导的Hela细胞自噬。作为对照,AMPK的另一激活剂AICAR则无法发挥上述功效。
[结论]
黄酮类药物槲皮素可以通过对DAPK Ser308位点的去磷酸化方式,激活DAPK并诱导Hela细胞发生自噬;Metformin以AMPK非依赖性的方式下调DAPK的蛋白总量,并抑制槲皮素诱导的Hela细胞自噬。