S100A11介导脑胶质瘤替莫唑胺耐药的机制研究

Temozolomide (TMZ) is a first-line drug for chemotherapy in malignant gliomas. The high incidence of drug resistance leads to limited therapeutic effects. The existing mechanism cannot fully elucidate the causes of TMZ resistance in patients. In our preliminary study with data mining research and molecular biology experiments showed that higher expression of S100A11 predicted lower sensitivity of TMZ and worse prognosis in glioma. And down-regulated the expression of S100A11 in cells might significantly increase the sensitivity to TMZ, which might through activating the AKT pathway. Based on this hypothesis, this project intends to further investigate the effect of S100A11 expression on the DFS, OS, and TMZ response in patients with glioma by increasing the sample size in a clinical study combined with cellular molecular experiments; using AKT phosphorylation inhibitor AZD5363 to clarify whether S100A11-mediated TMZ resistance is through activating the AKT signaling pathway, and then affecting the expression of MGMT or the activity of MMR pathway; to explore a new pathway for S100A11-mediated TMZ resistance by using signal path phosphorylated antibody microarray. This project is helpful for elucidating the mechanism of TMZ resistance and aims to improve the efficacy of TMZ chemotherapy in glioma. Meanwhile, it could provide a theoretical foundation for individual treatment of malignant gliomas based on S100A11.

替莫唑胺（TMZ）是恶性脑胶质瘤化疗的一线药物，因耐药发生率高导致其治疗效果有限，现有机制不能完全阐明患者TMZ耐药的原因。本项目前期通过数据挖掘研究及分子生物学实验发现：S100A11高表达预示了脑胶质瘤患者TMZ低敏感性及较差预后，且下调其表达可显著提升TMZ的细胞毒作用，并可能是通过激活AKT通路进而介导TMZ耐药。基于此，本课题拟通过扩大样本的临床研究结合细胞分子实验，进一步确定S100A11表达对脑胶质瘤患者DFS、OS和TMZ药物反应的影响；通过引入AKT磷酸化抑制剂AZD5363，查明S100A11是否通过激活AKT信号通路，进而上调MGMT表达或降低MMR通路活性来介导TMZ耐药；通过信号通路磷酸化抗体芯片等技术探索S100A11致TMZ耐药的新途径。本项目有助于阐明TMZ耐药机制，旨在提升脑胶质瘤TMZ化疗疗效，同时可为基于S100A11的脑胶质瘤个体化治疗奠定理论基础。

为了寻找受IDH突变调控并影响TMZ药物敏感性及脑胶质瘤预后的新的生物标志物，课题组对TCGA、CGGA和GEO等脑胶质瘤公用数据集展开了一系列数据挖掘研究。发现了S100A11、DNA损伤修复（DDR）通路相关基因、TEAD4等一系列受IDH突变调控、并与TMZ药物敏感性及脑胶质瘤预后显著相关的基因，并在多个人群及课题组收集的脑胶质瘤临床样本中进行了验证，得到了一致的结果。进一步通过干预S100A11在脑胶质瘤细胞中的表达，检测细胞的生物学行为变化及相关蛋白表达、TMZ的IC50变化，应用western blot法检测MGMT、MMR通路相关蛋白的表达，确定不同S100A11表达水平的脑胶质瘤细胞增殖、凋亡、侵袭能力及TMZ敏感性的变化情况。研究结果表明干扰S100A11后，p-AKT表达减少，MMR通路中的关键蛋白MSH6、MSH2、PMS2表达下降。推测在胶质瘤中S100A11的高表达可能导致p-AKT蛋白增加，使PI3K-AKT通路激活，使MMR通路中的关键蛋白MSH6、MSH2、PMS2蛋白表达异常增加，导致MMR通路紊乱，从而降低细胞对替莫唑胺的敏感性和促进胶质瘤细胞的发生发展，进而使脑胶质瘤患者预后变差。前期研究同时发现DDR通路相关基因表达也受到IDH突变影响，且相关基因与脑胶质瘤患者的预后密切相关。在GBM和LGG中，DDR相关通路发挥作用的机制存在差异。相比于GBM，在LGG中DDR通路相关基因表达水平的变化对患者预后影响更大。为探索DDR通路相关基因PLK3的表达受IDH突变调控并影响脑胶质瘤预后的机制，构建了U251-IDH1-R132H稳转细胞株，并在IDH突变细胞株与对照细胞株中检测2-HG相对含量，同时检测了IDH1 R132H突变对PLK3基因表达的影响。结果显示，与NC组比较，突变细胞株表现出明显的PLK3低表达。本研究通过数据挖掘技术，探寻受IDH突变调控的下游靶基因，并进一步分析这些基因在脑胶质瘤预后及TMZ耐药中的作用。我们的研究结果为今后脑胶质瘤患者的临床试验提供了新的科学依据，也为脑胶质瘤预后预测和治疗提供了新的分子靶标。