重离子辐射对肿瘤细胞中药物转运蛋白的影响及机理研究

High LET ionizing radiation has advantages such as high relative biological effectiveness (RBE), low oxygen enhancement ratio (OER) as well as more precisely and intensely targeted to the tumor cells compared to the traditional low LET ionizing radiation like X-ray and γ-ray, and thus seems to be a novel manner of radiation therapy with high potential. Chemotherapy and radiotherapy are often combined in clinical treatment of malignant tumors. However, failure to accumulate sufficient concentrations of anti-tumor drugs within tumor cells often affects the efficiency of the combined therapy. Drug transporters on cell membrane are key determinants for drug accumulations. It has been reported that the exprssion of efflux drug transporters such as P-glycoprotein was elevated after X-ray irradiation, and thus may lead to multi-drug resistance of the cancer cells. Whether high LET irradiation can cause similar effects and besides efflux transporters, whether uptake transporters are also affected by radiation remain unclear. In the proposed project, we are going to use breast cancer cell lines MCF-7 and MDA-MB-231 as study models to assess the effect of high LET carbon ions on the expression of efflux transporters P-glycoprotein and breast cancer resistant proteins as well as uptake transporters OATP1A2, OATP1B1 and OATP1B3. Moreover, we will also explore the underlying mechanism(s) of such an effect and investigate whether drug transporters can be utilized as a target for anti-neoplastic drug delivery in the process of combined radio- and chemotherapy.

与低LET射线相比，高LET电离辐射具有相对生物学效应高、氧增比低、能量更准确集中地传送到特定靶点等特点，在肿瘤治疗中具有较大的潜力，因此近年来国内外都开展了相关的研究与应用。在临床的恶性肿瘤治疗中，化疗常与放疗联合使用以期获得更好的治疗效果，然而，药物在细胞内积累不足往往影响放化综合治疗的疗效。药物转运蛋白是影响细胞内药物积累的关键因素，已有研究发现X射线的辐射会造成外排转运蛋白表达增加，造成肿瘤细胞的耐药性。正在进入临床应用的重离子辐射会否对外排转运蛋白具有类似影响、是否也会导致辅助细胞吸收药物的转运蛋白发生变化等问题，尚未见报道。本项目拟以重离子辐射对转运蛋白的影响为介入点，以外排转运蛋白P-糖蛋白和乳腺癌耐药蛋白以及吸收转运蛋白OATP家族成员为对象，研究高LET碳离子辐射对肿瘤细胞中转运蛋白的影响，了解其作用特点及机制，探讨转运蛋白作为目标靶点，提高综合治疗中药物吸收的效果。

在临床的恶性肿瘤治疗中，化疗常与放疗联合使用以期获得更好的治疗效果，然而，药物在细胞内积累不足往往影响放化综合治疗的疗效。药物转运蛋白是影响细胞内药物积累的关键因素，已有研究发现X射线的辐射会造成外排转运蛋白表达增加，造成肿瘤细胞的耐药性。正在进入临床应用的重离子辐射会否对转运蛋白具有类似影响、是否也会导致辅助细胞吸收药物的转运蛋白发生变化等问题，尚未见报道。有机阴离子转运多肽属于溶质载体 (solute carrier)转运蛋白家族，已经发现了人体中其家族的12个成员，一些成员在多个人体组织器官中表达，在多类肿瘤细胞与肿瘤组织中也检测到OATP。OATP特别是OATP1A2、OATP1B1和OATP1B3对于多种抗癌药物具有转运活性，因此研究者们提出，OATP也许能够输送抗癌药物至特定肿瘤的靶点目标，提高药物治疗的效果与特异性。本项目中我们主要对碳离子束对OATP1A2，1B1和1B3表达水平的影响以及相关的机理进行了研究，取得如下结果：.1）我们应用兰州重离子加速器用于肿瘤治疗的碳离子束以及日本放射医学综合研究所的碳离子束作为辐射源，对体外培养乳腺癌细胞MCF-7和MDA-MB231中药物转运蛋白的影响进行了mRNA水平上以及蛋白水平上的研究。发现激素依赖型的MCF-7细胞中吸收转运蛋白OATP1A2表达的变化远高于激素非依赖型的MDA-MB231细胞，而且在较低的剂量下MCF-7细胞中OATP1A2表达水平的变化大于高剂量下转运蛋白所受的影响；.2）通过抗肿瘤药物5-Fu, 紫杉醇(PTX)和甲氨喋呤(MTX)和辐射的共同处理，发现低剂量辐射与药物共处理对MCF-7细胞可产生比高剂量辐射与药物共处理更明显的结果，而在MDA-MB231细胞中该现象并不明显；.3)关于OATP1A2表达调控的研究工作，我们用EMSA和CHIP的方法证实了OATP1A2 5'UTR上预测的NFkB位点可与活化的NFkB结合，并且细胞核中NFkB的水平会影响OATP1A2的表达水平，该过程可能是辐射导致的炎症因子如TNF变化影响OATP1A2表达的具体机制。.项目的研究结果提供了重离子辐射对吸收转运蛋白表达水平影响的信息以及造成该变化的可能机理，为了解重离子辐射对转运蛋白的作用特点提供了理论基础；为下一步通过调控转运蛋白的表达以提高放射治疗与化学药物治疗结合的疗效提供了新依据。