基于PTEN基因甲基化探索SeHAN纳米粒子调节骨肉瘤细胞生长的分子机制

Both tumor recurrence-metastasis and limb dysfunction are the leading causes of affecting postoperative survival in patients with osteosarcoma. How to effectively inhibit tumor recurrence, and simultaneously promote bone regeneration become the focus in the study of the prevention and treatment of osteosarcoma. Selenium is a trace element in human body, involved in bone growth and structure remodeling, and has the function of inducing apoptosis of osteosarcoma cells. Selenium substituted hydroxyapatite nanoparticles (SeHAN) was designed, synthesized and applied in the therapy of osteosarcoma, our previous experiments confirmed that the nanoparticles not only promoted the growth of normal bone marrow mesenchymal stem cells, but also induced the apoptosis of osteosarcoma cells, the mechanism involved was related with an increase of ROS production, the reduction of MMP potential, and the level of gene methylation. PTEN gene was verified to participate in the progress of tumor recurrence, and showed the hypermethylation status in human osteosarcoma tissues. Literatures have shown that, selenium could inhibit the gene methylation, whether the selenite ions released from the nanomaterials exerted the function in the same manner? Therefore, this project will apply osteosarcoma cell model and in situ nude mice model, further explore the effect of SeHAN nanoparticles in the treatment of osteosarcoma, and the molecular mechanism of PTEN gene methylation in the process. The project will pave a new way for the prevention and treatment of osteosarcoma, and provide new theoretical support for the molecular mechanism of osteosarcoma recurrence and metastasis.

肿瘤复发转移和肢体功能丧失是影响骨肉瘤患者术后生存的首要原因。如何有效地抑制肿瘤复发，同时促进骨再生修复成为当前骨肉瘤防治研究的重点。硒是人体必需的微量元素，参与骨组织发育与结构重塑，并具有诱导骨肉瘤细胞凋亡作用。硒取代的羟基磷灰石纳米粒子（SeHAN）被设计、合成并应用于骨肉瘤的治疗研究之中。我们前期研究发现，SeHAN纳米粒子不仅能促进正常骨髓间充质干细胞增殖，同时还能诱导骨肉瘤细胞凋亡，其机制与ROS产量增高、MMP电位降低以及基因甲基化有关。PTEN基因参与骨肉瘤的复发转移进程，且在骨肉瘤组织中呈高度甲基化状态，而现有资料说明硒元素具有抑制基因甲基化的作用，是否从SeHAN中缓释的硒离子也以同样的方式发挥着作用呢？因此，本课题拟采用骨肉瘤细胞模型和原位裸鼠模型，进一步探讨SeHAN纳米粒子在骨肉瘤治疗中的效应，以及PTEN基因甲基化在此过程中的分子机制。

骨肉瘤术后残留肿瘤细胞的复发生长以及远处侵袭转移是导致患者死亡的重要原因。为了提高骨肉瘤术后的总存活率，SeHA纳米粒子被设计合成，并在抑制骨肉瘤复发的同时，能够诱导快速的骨缺损修复。然而该纳米粒子确切的抗骨肉瘤分子机制尚不清楚。本课题以PTEN基因甲基化为切入点，探索抑癌基因甲基化在SeHA纳米粒子抗骨肉瘤效应中的可能分子机制。研究中课题组首先采用湿化学共沉淀联合水热法制备SeHA纳米粒子，通过细胞实验验证该纳米粒子抑制骨肉瘤增殖、侵袭、迁移作用，通过动物实验验证该纳米粒子的体内抗骨肉瘤效应以及骨修复效应，最后通过甲基化检测和DNMT酶活性分析PTEN基因甲基化在上述效应中的作用机制。研究显示，所合成的SeHA纳米粒子不仅在体外抑制骨肉瘤细胞的增殖、侵袭和迁移，而且在体内也能显著阻遏残余骨肉瘤的复发生长，维持骨肌的正常结构及功能，促进骨再生。进一步研究证实SeHA纳米粒子可以轻度提高PTEN基因启动子区域甲基化水平，使其表达略微降低。有趣的是，纯HA纳米粒子却极大地增加了PTEN基因甲基化水平。对比之下，Se掺杂表现出明显地抑制PTEN基因甲基化作用。SeHA纳米粒子的上述作用可能是通过对PTEN基因甲基化的调控而实现的。因此，从抑制肿瘤复发转移和加速骨缺损修复角度，本课题的实施不仅揭示了DNA甲基化在SeHA纳米粒子抗骨肉瘤效应中的作用机制，而且为临床骨肉瘤术后治疗提供了一定物质基础。