Nrf2在砷剂治疗白血病及化疗耐药性中的作用及其机制研究

Arsenic trioxide is successfully applied in the treatment of leukemia; however, the chemosensitivity is different in various types of leukemia. The underlying mechanism is still unclear. Previous studies showed Nrf2 deficiency cells were sensitive to arsenic-induced cytotoxicity. We hypothesize that Nrf2 activity in leukemia cells plays a key role in the regulation of chemosensitivity and chemoresistance. The Nrf2 activity is different in various types of leukemia cells. The lower Nrf2 activity in leukemia cells, the more chemosensitivity to arsenic trioxide; the higher Nrf2 activity in leukemia cells, the more tolerance to arsenic trioxide. Nrf2 activity is enhanced during chemotherapy in leukemia cells, which will result in chemoresistance; pretreatment of Nrf2 inhibitors will enhance chemosensitivity in these cells. In this study, we start with the relationship of Nrf2 activity and arsenic chemosensitivity in leukemia cells, and investigate the susceptibility to arsenic trioxide induced cytotoxicity in leukemia cells with different Nrf2 activity, using Nrf2 deficient leukemia cell lines and primary leukemic cells from patients. In addition, the study also intends to apply Nrf2 inhibitors to improve the treatments, which will propose a novel treatment strategy for leukemia and guide clinical application of drugs.

临床上应用三氧化二砷治疗白血病取得成功，但砷剂治疗不同类型白血病效果不同，机制尚不清。研究表明，Nrf2低表达的多种细胞系对三氧化二砷的毒性敏感。本项目假设白血病细胞内Nrf2活性在调节砷剂治疗白血病及化疗耐药性中起到关键作用：不同白血病细胞内Nrf2活性不同，Nrf2活性较低的细胞对砷剂的治疗敏感；Nrf2活性较高的细胞对砷剂的治疗耐受。接受砷剂治疗后的白血病细胞Nrf2活性增强，产生化疗耐药性，而Nrf2抑制剂的预处理增强化疗敏感性。本研究以不同类型白血病细胞内Nrf2活性与对砷剂治疗敏感性的关系作为切入点，拟应用Nrf2基因沉默的不同类型白血病细胞系和患者原代细胞，研究Nrf2活性不同的细胞对砷剂治疗敏感性的差异。此外，本研究还拟应用Nrf2抑制剂，探讨通过调节Nrf2活性改善白血病细胞对化疗药物的敏感性和耐药性，为临床治疗提供理论依据。

转录因子E2-相关因子2（Nuclear factor E2-Related factor 2，Nrf2）主要通过调控一系列抗氧化酶和Ⅱ相解毒酶的转录起到维持细胞氧化-还原稳态并抑制氧化损伤的作用，在机体抗氧化反应中至关重要。Nrf2缺失可导致机体对毒物以及致癌物的敏感性增加，其主要机制为Nrf2缺失影响其下游毒物代谢酶及转运体的表达。因此大量的Nrf2激动剂已被发现并作为氧化应激相关疾病以及肿瘤的化学预防性药物。然而，研究发现多种肿瘤组织如肝癌、肺癌中Nrf2的表达和ARE活性明显升高。进一步研究证实Nrf2的持续和过度活化与多种癌症的发生、发展和耐药密切相关。新的治疗靶点和开发新的化疗药物是目前肿瘤治疗领域的重点和难点，而提高耐药性肿瘤对于已知化疗药物的敏感性则是该领域最有希望的突破口之一。本项目首先于临床样本中验证了癌组织内Nrf2-ARE活性高于癌旁组织，且癌组织内Nrf2活性与血中甲胎蛋白水平呈现正相关关系。其次，本项目构建了Nrf2缺失的肿瘤细胞模型，发现Nrf2缺失提高肿瘤细胞对化疗药物的敏感性；并进一步构建荷瘤模型，发现Nrf2缺失抑制肿瘤的生长。最后，本项目应用Nrf2-ARE抑制剂高通量筛选平台，发现以乙硫异烟胺（ETH）、喜树碱（CPT）和雷公藤内酯（TPL）为代表的新型Nrf2-ARE抑制剂。于白血病细胞系（THP1和U937）、肝细胞癌细胞系（HepG2）和非小细胞肺癌（A549和3LL）内分别确认了所获得抑制剂对Nrf2活性的抑制作用，通过体内和体外实验证实Nrf2抑制剂能够提高肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，抑制肿瘤的增长和肿瘤细胞的增殖，且Nrf2-ARE抑制剂增强化疗药物敏感性的作用具有Nrf2依赖性。本项目探讨了通过抑制Nrf2活性提高白血病细胞、肝癌细胞和肺癌细胞对化疗药物的敏感性的可能性，为临床治疗提供实验数据依据，为提高肿瘤患者的化疗疗效带来新的希望。