基于氧化还原系统和铁代谢研究PEITC联合铁剂对骨肉瘤的作用机制

Osteosarcoma is the most common primary malignant tumor of bone with an incidence of 70% ~80% in adolescents and children under 20 years. Currently, the clinical methods are with low treatment effects. Persist high level of oxidative state and dysfunction in iron metabolism are obvious biochemical features in tumor cells. High ROS is a necessity for keeping tumor phenotype, while it makes tumor more susceptible to oxidative damage. Therefore, ROS is not only an essential element of tumor survival and development, but also can be transformed into a strong enemy to tumor cells for being an efficient adjunct to tumor therapy. In this project, the combination of β-phenylethyl isothiocyanate (PEITC) and iron supplement will be selected to study the treatment effects on osteosarcoma. After PEITC conjugates with reduced glutathione (GSH) forming conjugates, the reduction ability of osteosarcoma cell is reduced; meanwhile, the addition of exogenous iron supplement can increase the labile iron in osteosarcoma cells, and further generate more ROS through catalyzing Fenton reaction, thus inducing the imbalance in intracellular redox system and iron metabolism, and promoting tumor cell death.

骨肉瘤是常见的原发性恶性骨肿瘤，70%~80%的患者是20岁以下的青少年或者儿童，目前临床上已有方法疗效不佳。对于肿瘤细胞来说，持续高水平的氧化态和铁代谢异常是其普遍存在的生化特征。ROS含量的升高对于维持肿瘤表型是必不可少的，但也使肿瘤细胞很容易受到氧化损伤。因此，ROS不仅可以作为肿瘤生存与发展的必须要素，同时也可以转化为肿瘤细胞的强敌，变成肿瘤治疗中的高效的辅助者。本项目以骨肉瘤为研究对象，选择β-异硫氰酸苯乙酯(PEITC)与铁剂的组合作为研究“药物”。在PEITC与还原型谷胱甘肽(GSH)结合形成结合物，降低骨肉瘤细胞还原水平的基础上；同时，利用肿瘤细胞“噬铁”特性，加入外源性铁剂，进一步提高骨肉瘤细胞内的可变铁，过多的可变铁通过参与催化芬顿反应产生大量ROS，从而使细胞内氧化还原水平和铁代谢急剧失衡，促进肿瘤细胞死亡。

骨肉瘤是常见的原发性恶性骨肿瘤，70%~80%的患者是20岁以下的青少年或者儿童，目前临床上已有方法疗效不佳。本项目以骨肉瘤为研究对象，选择β-异硫氰酸苯乙酯(PEITC)与铁剂的组合作为研究“药物”，发现PEITC能够显著降低骨肉瘤细胞的细胞活力、抑制细胞增殖能力、使周期阻滞在G2/M期；破坏细胞线粒体膜电位，引起线粒体介导的细胞凋亡；促进酸性泡的形成，活化自噬过程；改变骨肉瘤细胞铁代谢水平，消耗GSH，抑制GPx4活性，引起胞质ROS和脂质ROS水平升高，诱发骨肉瘤细胞发生铁死亡。PEITC诱导骨肉瘤细胞发生凋亡、自噬以及铁死亡都是ROS依赖的。补充铁可以显著增加PEITC对骨肉瘤细胞增殖的抑制作用，增加骨肉瘤细胞中总铁以及可变铁的水平，调节铁代谢相关蛋白和基因的表达。PEITC联合铁剂对骨肉瘤细胞的活力以及死亡的影响各不同，可能与骨肉瘤细胞本底铁水平有关。在同种原位和异种异位移植骨肉瘤模型中，PEITC可抑制小鼠骨肉瘤的生长。经PEITC处理后，小鼠没有明显的器官相关毒性并且高剂量PEITC组可见骨样沉积；PEITC处理会抑制肿瘤细胞增殖，激活肿瘤组织Caspase、LC3Ⅱ表达，增加TfR1表达、抑制FPN表达，抑制GPx4表达。PEITC对骨肉瘤细胞氧化还原状态和铁代谢的影响介导了其对肿瘤细胞死亡方式的调控，这将有助于理解其潜在的影响机制，为将来开发肿瘤治疗新策略提供一些参考。课题资助期间，发表SCI论文6篇（均已标注），项目负责人及团队成员参加学术会议两次，培养硕士研究生2名。顺利完成项目预定的研究计划和目标。