砷致细胞恶性转化过程中ROS-自噬-凋亡的调控机制

Inorganic arsenic (arsenate /arsenite) has long been recognized as human carcinogens by the International Agency for Research on Cancer (IARC). However, the exact molecular and cellular mechanisms involved in arsenic carcinogenesis remain obscure due to the difficulty in establishment of animals models over the years. Among the various hypotheses of arsenic carcinogenic mechanism, induction of oxidative stress has been gaining general attention. Autophagy，apoptosis and oxidative stress, which are closely related, play important roles in cellular stress response and defense function. Emerging data suggest that the interconnectivity of autophagy and apoptosis is also associated with cancer development and progression. By establishing the transformed immortalized human keratinocyte (Hacat) cells via chronic low-dose arsenite treatment, we are going to study whether the ROS/p62-/keap1-Nrf2/ARE axis and Beclin1, ATG12, and UVRAG proteins participate in regulation of apoptosis via promoted cell proliferation and reduce apoptosis to confer cells a survival advantage under adverse conditions. The project may provide with evidence on new molecular target for effective prevention and early detection of arsenicosis, as well as molecular mechanisms responsible for arsenic carcinogenesis.

无机砷化合物是确定的人类致癌物，由于尚未复制出动物致癌模型，导致其致癌机制的研究长期滞后。近年提出的众多砷致癌机制假说中，氧化应激学说受到广泛关注。研究表明氧化应激、自噬与凋亡在砷致癌过程中发挥重要作用，但三者间具体调控机制仍不清楚。本研究拟利用砷致细胞恶性转化的体外细胞模型，在氧化应激、细胞增殖与凋亡异常、信号通路改变等多个效应水平，探讨NaAsO2致细胞恶性转化过程中，如何通过ROS/p62-/keap1-Nrf2/ARE通路调节自噬，以及如何通过Beclin1、ATG12和UVRAG途径调控凋亡，促进细胞增殖和抑制细胞凋亡，使细胞获得生存优势，从而促进细胞的恶性转化。本研究将为有效预防和早期发现砷中毒提供新的分子靶标，并为阐明砷致癌作用的分子机制开辟新的研究途径。

无机砷化合物是确定的人类致癌物，但由于动物致癌模型尚未成功建立，导致对其致癌机制的研究长期滞后。细胞恶性转化的体外细胞模型已被广泛用于无机砷化合物的致癌作用及机制研究。近年提出的众多砷致癌机制假说中，氧化应激学说受到广泛关注。课题组前期研究发现，细胞恶性转化过程中氧化-抗氧化失衡，抗氧化信号通路Keap1-Nrf2/ARE中核转录因子Nrf2持续高表达，在砷致细胞恶性转化过程中对加速细胞增殖和抵制细胞死亡起着十分重要的作用，但具体分子机制尚不清楚。有研究报道，Nrf2下游靶基因参与细胞内自噬和铁代谢，而近年发现的与铁代谢相关的新型细胞死亡形式-铁死亡在多种癌症发生发展过程中发挥着重要作用。那么，在砷致细胞恶性转化过程中自噬、铁死亡和线粒体自噬的作用如何呢？本课题利用1.0 µmol/L亚砷酸钠长期染毒致永生化人皮肤角质形成细胞（HaCaT）恶性转化细胞模型，研究砷致细胞恶性转化过程中不同阶段自噬、铁死亡和线粒体自噬的动态变化情况，并进一步探讨核转录因子Nrf2对他们作用及其调控机制，为砷致癌分子机制研究提供新的科学依据。重要结果：①细胞内主要氧化还原敏感的核转录因子NRF2，在HaCa）恶性转化过程中呈持续高水平状态，通过mTOR以及BCL2-Beclin1信号通路调控自噬，具体表现为细胞恶性转化后期发生自噬缺陷。②NaAsO2致细胞恶性转化过程中，早期铁死亡被激活而后期铁死亡被抑制，机制为持续高表达的氧化还原敏感的核转录因子Nrf2通过激活其下游靶基因xCT和GPX4，抑制铁死亡，使细胞获得生存优势，从而促进细胞的恶性转化。③在NaAsO2处理致HaCaT恶性转化过程中，氧化还原敏感的核转录因子NRF2通过激活PINK1依赖的线粒体自噬促进了细胞恶性转化。本研究将为化学致癌可能分子机制研究提供基础资料，为高砷暴露人群的疾病预防、缓解以及治疗提供新思路。