二甲双胍对不同分子亚型乳腺癌放疗增敏作用的差异及其机制的研究

Radiotherapy is an important for treatment of breast cancer and radiosensitivity of breast cancer cells is the central factor that affect prognosis of breast cancer patient after radiotherapy. Metformin is used worldwide to treat type II diabetes. Diabetic patients treated with metformin, but not other anti-diabetic drugs, have reduced incidence and better survival from cancer of many organs. Metformin and AMPK have recently been shown to be involved in regulating the radioresponse of cancer cells. The anti-tumor effects of metformin have been shown to be dependent on such AMPK activation. Meanwhile, Metformin is reported to reduce intracellular reactive oxygen species (ROS) levels via upregulating expression of thioredoxin (Trx). Intracellular ROS level regulates radiosensitivity of cancer cells. Our previous results suggested that metformin can radiosensitize luminal breast cancer MCF-7 cells but not basal-like phenotype MDA-MB-231. Based on all above, our hypothesis is that metformin can selectively radiosensitize luminal breast cancer cells but not basal-like phenotype, and such effect was regulated by ER receptor and Trx family. In the present study, we aim to verify the selective radiosensitizing effect of metformin by including more representative cell lines of each phenotype in 2D, 3D in vitro tissue culture system and in in vivo animal models, as well as to investigate the molecular mechanisms underling.

放疗是乳腺癌治疗中的重要环节，乳腺癌细胞对放疗敏感性是影响放疗效果的关键因素。二甲双胍（Metformin）是治疗II型糖尿病的一线药物。有限的研究发现二甲双胍通过激活AMPK对肿瘤细胞对放疗的敏感性有调节作用。同时二甲双胍通过调节细胞内thioredoxin (Trx) 表达/活性继而影响细胞的内氧自由基（ROS）的水平，而细胞内ROS的水平直接影响其放疗敏感性。我们前期的研究显示二甲双胍能够提高luminal乳腺癌MCF-7细胞的放疗敏感性而对basal-like乳腺癌细胞MDA-MB-231无此作用。由此我们提出假设：二甲双胍选择性的对luminal型乳腺癌有放疗增敏性，而这种放疗增敏作用受到雌激素受体和Trx的调节。由于前期研究样本量小说服力有限，本项目拟扩大细胞系样本量在二维，三维细胞培养体系，以及乳腺癌小鼠模型中证实二甲双胍选择性的放疗增敏作用，并深入探讨其具体分子机制。

本课题探讨了二甲双胍在2D及3D细胞培养水平对luminal 和basal-like 分子亚型乳腺癌细胞放疗增敏作用的差异。研究了Trx家族蛋白在二甲双胍对乳腺癌细胞增殖，迁移，凋亡调节过程中的作用。观察了在低糖，正常糖及高糖培养条件下二甲双胍对乳腺癌细胞增殖，迁移，凋亡影响的差异。同时研究了Trx家族，ERK1/2，p38及AKT信号通路在不同糖浓度培养条件下在二甲双胍调节乳腺癌细胞过程中发挥的作用及差异。本课题研究发现不论是在传统的二维细胞培养体系中还是在三维细胞培养体系中，二甲双胍均可以明显提高luminal 亚型乳腺癌细胞MCF-7的放疗敏感性，而对basal-like亚型乳腺癌细胞MDA-MB-231细胞放疗敏感性无影响。二甲双胍对不同分子亚型乳腺癌的活力、迁移、侵袭等具有抑制作用，且均在低糖时效果显著。但对两类乳腺癌凋亡的调控效果有差异，二甲双胍可以明显促进MCF-7细胞的凋亡，但对于MDA-MB-231的凋亡影响却并不明显。同时二甲双胍对于不同分子亚型的乳腺癌氧化应激水平的调控不一样。二甲双胍可明显诱导MCF-7细胞中的ROS水平升高，但是对MDA-MB-231中ROS没有影响，并且两种细胞系之中TRX家族由此的反应也都不一样，二甲双胍明显降低了MCF-7乳腺癌细胞内 Trx 的表达水平，但对TXNIP无明显影响；但对于MDA-MB-231而言，二甲双胍可以明显降低TXNIP 的表达水平，但对TRX无明显影响。二甲双胍处理对ERK1/2、p38和AKT蛋白表达亦无明显影响。但在低/正常糖浓度下，二甲双胍可以显著抑制P-ERK1/2和P-AKT蛋白表达，而对P-p38蛋白表达无明显影响；而在高糖浓度时，二甲双胍对MCF-7细胞内P-ERK1/2和P-AKT蛋白表达无明显作用，但可诱导MCF-7细胞内P-p38表达。本研究将探索目前已被普遍运用的治疗 II 型糖尿病的一线药物二甲双胍对不同分子亚型乳腺癌的抑制作用，同时深入研究并比较不同分子亚型乳腺癌细胞对二甲双胍反应性的差异为该药物将来运用于临床提供更细化的理论依据，可以进行有针对性的治疗及个体化治疗；最后对二甲双胍的分子机制的研究为进一步优化药效或指定联合用药方案提供了充分的实验依据，为糖尿病合并乳腺癌提供一定的实验性依据。