TrxR/HMGB1轴对低氧微环境下肺癌细胞自噬的调控作用及其机制研究

The viability of lung cancer cells in the hypoxic microenvironment is a key factor for lung cancer treatment. Autophagy is an important way for tumor cells to evade from apoptosis and survive against cancer treatment under hypoxia. However, the relationship and mechanism between autophagy and apoptosis in tumore cells is not clear yet. HMGB1 is a potential "switch gene" regulating between autophagy and apoptosis. Under hypoxic micro-environment, reduced form of HMGB1 can combine with Beclin1 which is a key regulating protein in autophagy induces cell autophagy. While oxidized HMGB1 can activate caspase-3 thus leads to apoptosis. Our hypothesis is that TrxR can deoxidize the HMGB1 from oxidation state into reduced state which leads to autophagy and help tumor cells evade from apoptosis. Based on our previous data, this study is designed to explore the contribution and inside mechanisms for TrxR on regulating between autophagy and apoptosis by overexpression and inhibition of TrxR using recombinant TrxR plasmid and inhibitor. Furthermore, we will illustrate the role of TrxR on regulating tumor cells'sensitivity to chemotherapy by nude mouse model. This study is aimed to demonstrate TrxR's catalytic role on HMGB1 and its contribution to the survival of tumor cells under hypoxic conditions as well as inside mechanisms, thus provides a new insight into clinical tumor therapy.

低氧微环境下肺癌细胞的生存能力是肺癌治疗的关键因素。研究表明：自噬是肺癌细胞逃避凋亡以及治疗抗拒的重要途径，但低氧微环境诱发自噬的机制及其与凋亡之间的关系尚不明确。HMGB1是自噬与凋亡调控潜在的"开关基因"，低氧微环境下，还原态的HMGB1能够结合Beclin1蛋白，诱导细胞自噬；而氧化态HMGB1能够活化caspase-3，诱导细胞凋亡。我们假设：TrxR能够催化氧化态HMGB1生成还原态HMGB1，诱导肿瘤细胞自噬并逃避凋亡。本项目拟在前期发现低氧微环境能够诱导肺癌细胞自噬并逃避凋亡的基础上，采用基因重组的办法，明确TrxR对HMGB1的氧化还原作用以及调控肿瘤细胞自噬的机制；通过裸鼠移植瘤模型，探讨抑制TrxR活性对肺癌细胞治疗敏感性的作用及机制。本项目将明确TrxR对HMGB1的催化作用，及其对低氧条件下肺癌细胞自噬与凋亡调控的分子机制，为肿瘤的治疗提供新的治疗

自噬一种细胞吞噬损伤的蛋白质以及细胞器的自我保护机制，也是肿瘤细胞逃避抗肿瘤药物的杀伤作用，保持存活的重要机制，通过研究肿瘤细胞内自噬水平的调控机制，能够更好的了解肿瘤细胞耐药的原理，为临床克服耐药，提高肿瘤治疗水平提供帮助。本研究探讨肺癌细胞在化疗以及分子靶向药物治疗的过程中，细胞内自噬以及凋亡发生的比率，以及之间相互调节的分子生物学机制，通过自噬逃避细胞死亡的过程及其分子病理机制，进而对其分子通路进行调控，抑制肺癌细胞的自噬水平，达到诱导肺癌细胞凋亡的作用。本课题研究结果显示：1、在顺铂，阿霉素、环磷酰胺等化疗药物的作用下，多种肺癌细胞株内源性HMGB1表达水平上调，引起细胞内自噬水平上调，进而帮助细胞逃避化疗药物引起的caspase依赖性凋亡，而抑制肿瘤细胞内HMGB1的表达水平，能够降低细胞内的自噬水平，研究显示，化疗药物诱导的HMGB1依赖性自噬是肿瘤化疗耐药的重要机制；2 、在分子靶向药物EGFR-TKI的作用下，各种不同肺癌细胞能够激发内质网依赖性的细胞内自噬活动，帮助肺癌细胞逃避凋亡，而对于EGFR-TKI敏感细胞株，细胞内自噬水平不随EGFR-TKI的作用而上调，使得肺癌细胞对治疗反应性良好，而对于耐药细胞株，细胞内的自噬水平随EGFR-TKI的作用而上调，自噬水平明显升高，细胞凋亡降低，是肺癌细胞耐药的重要机制，同时研究发生，自噬的主要作用是清理受损的细胞内内质网，通过溶酶体降解受损的内质网，使得肿瘤细胞逃避内质网依赖性细胞凋亡过程。本研究通过两方面探讨化疗以及分子靶向药物诱导肺癌细胞自噬的过程以及其与肺癌治疗耐药的关系，寻找新的肺癌耐药靶点，研究显示自噬是肺癌细胞耐药的重要因素，通过抑制细胞内自噬水平，能够有效逆转肺癌细胞耐药，为临床治疗肺癌提供新的思路，为下一步开展自噬抑制剂与化疗的联合使用提供理论依据。