内质网应激蛋白(PDI)抑制辐射诱导的肿瘤细胞线粒体依赖性凋亡机制研究

Radiation-induced mitochondrial-dependent apoptosis pathway is the theoretical basis of tumor radiotherapy, and how to improve the sensitivity of tumor to radiation is the key factor in clinical radiotherapy. Recent studies have found that radiation-induced endoplasmic reticulum (ER) stress inhibits tumor cell apoptosis and leads to radiation resistance, but how ER stress regulates mitochondrial apoptotic signaling remains unclear. Our recent data show that radiation induces the upregulation of the endoplasmic reticulum stress protein PDI (protein disulphide isomerase) and inhibits apoptosis by regulating mitochondrial function. This study will clarify the relationship between radiation-induced PDI and mitochondrial-dependent apoptosis by monitoring the release of PDI, the PDI localization in the endoplasmic reticulum and mitochondria, and its effects on mitochondrial function. Furthermore, immunoprecipitation, immunofluorescence co-localization together with gene silencing and overexpression assays were used to investigate how radiation-induced PDI regulating Bcl-2 family proteins, and to clarify that endoplasmic reticulum stress inhibits mitochondrial apoptosis signaling. Finally, in vivo tumor model was used to verify the regulation of PDI on radiation-induced tumor apoptosis signals. These studies are expected to clarify the mechanism of how PDI regulates radiation-induced mitochondrial signaling pathway in tumor cells, which will provide the basic information for radiotherapy sensitization targeting ER.

辐射诱导线粒体通路的凋亡发生是肿瘤放疗的理论基础，如何提高肿瘤对射线的敏感性是临床放疗面临的重要问题。近期研究发现辐射诱导的内质网应激抑制了肿瘤细胞凋亡信号，并导致辐射抗性的发生，但内质网应激如何调控线粒体凋亡信号仍不清楚。我们近期数据显示辐射能诱导内质网应激蛋白PDI(蛋白质二硫键异构酶)的表达上调，并通过调控线粒体功能进而抑制了凋亡发生。本研究将通过监测PDI的释放、内质网与线粒体定位及对线粒体功能的影响，明确辐射诱导的PDI与线粒体凋亡的关系。运用免疫共沉淀、免疫荧光共定位等技术和多种凋亡相关基因缺陷型细胞系，进一步研究辐射诱导的PDI如何调控Bcl-2家族蛋白，阐明内质网应激抑制线粒体凋亡信号机理。最后，利用荷瘤小鼠模型体内验证PDI对辐射诱导肿瘤凋亡信号的调控。本项目将系统阐释PDI调控辐射诱导肿瘤细胞凋亡的线粒体信号通路机制，为以内质网为靶点的放疗增敏及辐射防护提供基础数据。

辐射诱导线粒体凋亡信号发生是肿瘤放疗的重要理论基础，如何提高肿瘤对射线的敏感性是临床放疗面临的重要问题。近期研究发现辐射诱导的内质网应激参与调控肿瘤细胞死亡信号并诱导辐射抗性发生，但目前尚不清楚内质网应激调控线粒体死亡所涉及的关键调控因子及机制。我们前期工作发现，辐射可以诱导PDI转移至线粒体参与调控细胞凋亡信号。在此基础上，本项目通过研究PDI如何调控Bcl-2家族蛋白以及对线粒体功能的影响，进一步探索了PDI调控线粒体凋亡的机制。此外，我们还研究了移位至线粒体上的PDI如何通过调控辐射诱导的自噬信号进而介导了辐射敏感性。主要研究发现：1.内源性线粒体途径而非外源性途径是辐射诱导细胞凋亡的主要形式。2.辐射诱导内质网应激后，PDI释放至线粒体并抑制了促凋亡蛋白Bak而不是Bax多聚化形成及线粒体膜通透性的发生，进而抑制了下游细胞色素c的释放及最终凋亡信号的发生。我们也在个体水平上验证了PDI在辐射抑瘤效应中的调控作用，为以PDI为靶点的临床放疗增敏提供了理论依据。3.移位至线粒体上的PDI同时也调控了线粒体自噬信号。机制上发现，PDI可以直接与线粒体自噬受体PHB2相互作用，从而竞争性地阻断LC3Ⅱ与PHB2的结合，抑制线粒体自噬信号传导。辐射还增强了PDI和GRP78的结合，进而抑制GRP78降解AKT，并最终激活mTOR通路以抑制自噬启动。以上研究结果表明PDI是连接内质网应激和线粒体死亡信号的关键分子，阐释了PDI通过调控线粒体凋亡/自噬信号进而介导辐射敏感性的核心机制，研究结果为以内质网/线粒体为靶点的肿瘤放疗提供了基础数据。