抗凋亡蛋白Mcl-1在尼古丁诱导肺癌细胞抗药性中的作用机制

Nicotine's inhibition of cancer cells apoptosis is closely associated with lung cancer development. However, the signal transduction mechanism of nicotine inhibition of human lung cancer cells apoptosis remains unclear. Mcl-1, as a very important anti-apoptosis protein, overexpress in small cell lung cancer and non small lung cancer cells. It suggests that Mcl-1 may become a target of lung cancer therapy. It has been reported that nicotine induces the phosphorylation of Stat3, on the other hand activated Stat3 enhance the transcription of Mcl-1. We hypothesize that nicotine inhibit cells apoptosis by inducing activation of Stat3, subsequently activate ERK1/2, resulting in increasing the transcription of Mcl-1 and stabilization of protein Mcl-1, finally inhibit cells apoptosis. We will try to propose two specific aims to verify our hypothesis. Specific aim 1: firstly to characterize the phosphorylization site of Mcl-1 induced by nicotine. Furthermore, investigate whether the nicotine-mediated phosphorylation of Mcl-1 affect the half life of Mcl-1 and result in human lung cancer cells resistance to chemotherapy. Specific aim 2: To study whether activation of Stat3 induced by nicotine enhances Mcl-1 transcription and it cause human lung cancer cells' resistance to chemotherapeutics drug. This study will unveil the mechanism of nicotine function on human lung cells oncogenic transfrormation and cancer development and Mcl-1 could be a promising target for small molecular inhibitors that could be developed into effective and highly specific anticancer drugs.

肺癌发生和发展与尼古丁抑制肿瘤细胞的凋亡有密切的关系，但尼古丁抑制人肺癌细胞凋亡的细胞内信号转导机制尚不清楚。Mcl-1是一个重要的抗凋亡蛋白，在小细胞肺癌和非小细胞肺癌的细胞中都有过高表达，提示Mcl-1可能成为肺癌治疗的潜在靶点。尼古丁可以诱导Stat3的磷酸化，而Stat3可以促进Mcl-1基因转录。尼古丁也可以激活ERK1/2和Mcl-1的磷酸化。因此，推断尼古丁通过诱导Stat3和ERK1/2激活，增强Mcl-1基因的转录和Mcl-1蛋白的稳定性，从而抑制细胞凋亡。本项目从两个方面证明我们的假说：1确定尼古丁诱导Mcl-1磷酸化的位点，Mcl-1磷酸化是否调节Mcl-1蛋白的半衰期，以及是否导致人肺癌细对化疗药物的耐药性？2研究尼古丁激活Stat3是否可以促进Mcl-1的转录，以及是否导致人肺癌细对化疗药物的耐药性,本研究结果有可能开发出以Mcl-1为靶点的治疗抗肺癌新药物。

吸烟是导致肺癌发生的主要因素。尼古丁是烟雾的一种主要成分，可以抑制化疗药物诱导的癌细胞的凋亡。然而，尼古丁抑制人肺癌细胞凋亡的细胞内信号转导机制尚不清楚。Mcl-1是Bcl-2家族中主要的抗凋亡蛋白，而且广泛表达于小细胞和非小细胞肺癌细胞中，这预示着Mcl-1可能是肺癌治疗的潜在靶点。通过本项目研究，我们发现尼古丁能够通过激活ERK1/2来介导Mcl-1的磷酸化，并伴随人肺癌细胞耐药性的增强。由于尼古丁能够在表达Mcl-1-wild –type的细胞中介导Mcl-1的磷酸化和细胞生存，而在表达Mcl-1 T163A 突变体的细胞中没有这个作用，这表明尼古丁仅介导Mcl-1在T163位点的磷酸化，而Mcl-1在T163位点的磷酸化是尼古丁介导细胞生存所必需的。在机制上，尼古丁介导Mcl-1的磷酸化会显著延长Mcl-1的半衰期，使得Mcl-1有更长时间的生存活性。用RNA干扰方法特异性敲除Mcl-1能够抑制尼古丁介导的生存并促进细胞凋亡。因而，对吸烟导致的且表达Mcl-1的肺癌，通过抑制Mcl-1 T163位点的磷酸化来削弱其抗凋亡功能，可能是一个潜在的治疗方案。STAT3在许多人类癌细胞中组成型激活，可以转录激活凋亡抑制因子。STAT3转录因子可能是Mcl-1在转录水平的关键调节因子。通过本项目研究发现，尼古丁能够促进Mcl-1的表达，介导STAT3的活化（Y705位点的磷酸化）并促进其细胞核易位且在核内聚集。STAT3抑制剂JSI-124能明显下调Mcl-1蛋白表达水平和STAT3 Y705位点的磷酸化，表明尼古丁可能通过活化STAT3介导Mcl-1的表达。双荧光素酶报告基因结果显示，尼古丁以剂量依赖的方式激活Mcl-1-promoter-WT，而当Mcl-1启动子区域STAT3结合位点缺失后，尼古丁不能以剂量依赖的方式激活启动子，说明STAT3在尼古丁诱导Mcl-1转录过程中发挥重要作用。因而，通过抑制STAT3活性来阻滞Mcl-1的转录，可能是另一治疗肺癌的潜在方案。