一种新型的PI3Kα/mTOR双抑制剂PI-103的抗肿瘤活性研究

论文摘要

恶性肿瘤严重威胁着人类的健康和生命,其中肺癌是死亡率和发病率都居于第一位的恶性肿瘤。结肠癌和原发性肝癌也是常见的恶性肿瘤,其发病率和死亡率也都居于恶性肿瘤的前列。目前对于恶性肿瘤的治疗方法还是传统的手术、化疗和放疗,但由于传统的肿瘤治疗方法无靶向特异性,在杀死肿瘤细胞的同时往往也会导致正常组织的损伤,从而有很强的副作用。随着肿瘤分子生物学的发展,针对恶性肿瘤的分子事件的靶向治疗越来越受到人们的重视。靶向治疗以及复合疗法将为恶性肿瘤的治疗开辟新的治疗途径。近年来的研究发现,PI3K/Akt/mTOR和Ras/Erk信号通路在肿瘤细胞生长、增殖、侵袭和转移中起关键作用,阻断细胞内相应的信号通路能抑制肿瘤细胞生长甚至促进肿瘤细胞凋亡。PI-103是由加州大学旧金山分校的研究人员合成的一种PI3Kα/mTOR抑制双靶点抑制剂,U0126是MEK激酶的抑制剂,两种抑制剂目前都处于细胞实验阶段,还没有用于临床肿瘤治疗。其中PI-103购自德国Merck公司,U0126购自Sigma公司。本文研究了PI-103单用以及和MEK抑制剂U0126、化疗药物紫杉醇和多不饱和脂肪酸DHA联用在非小细胞肺癌、肝癌和结肠癌中的抗癌效果。结果如下：1.研究发现在非小细胞肺癌A549细胞和H460细胞中,双抑制剂PI-103有显著的抗癌活性。PI-103在PIK3CA基因（该基因编码PI3K蛋白的催化单元p110α）突变的H460细胞有更明显的抗肿瘤作用。在A549和H460细胞中,PI-103和MEK抑制剂U0126联用其药物联用指数CI＜1,表明这两种药物有协同诱导细胞生长抑制的作用。PI-103和U0126协同诱导细胞生长抑制作用主要是通过阻断细胞内PI3K/Akt/mTOR和Ras/Erk通路,而且PI-103阻断了因雷帕霉素抑制nTOR而导致的Akt活化。研究发现PI3K/Akt/mTOR和Ras/Erk通路会共同作用于mTOR激酶。而且发现PI-103和U0126联用能同时抑制核糖体蛋白s6和真核起始因子4B（eIF4B）的磷酸化,从而抑制翻译复合物的组装和翻译起始,最终协同诱导细胞生长抑制,解释了为什么PI-103和U0126能协同诱导细胞的生长抑制。2.在A549细胞和H460细胞中,PI-103诱导了G0／G1期细胞周期停滞,和在A549细胞中相比,PI-103在H460细胞中诱导更明显的细胞周期停滞。PI-103和U0126联用协同诱导了G0／G1期细胞周期停滞。PI-103和U0126联用协同诱导的G0／G1期细胞周期停滞与细胞内G0／G1期相关周期调节蛋白改变有关,如细胞周期激酶抑制因子p21和p27上调,以及细胞周期蛋白cyclin D1和cyclin E1下调。3.PI-103不仅在A549和H460细胞中协同加强了紫杉醇的细胞生长抑制作用,而且也协同加强了紫杉醇诱导的细胞凋亡。PI-103和紫杉醇联用诱导的细胞凋亡与细胞内凋亡蛋白协同改变有关,紫杉醇和PI-103联用和单用相比,肿瘤抑制因子p53和促凋亡蛋白Bad显著上调,抗凋亡蛋白Bcl-2显著下调。这些凋亡相关蛋白的改变诱发了线粒体凋亡相关途径,从而导致细胞凋亡。PI-103作为第一种合成的PI3Kα/mTOR双抑制剂,其单用或者与U0126、紫杉醇联用都在非小细胞肺癌细胞A549和H460中显示了明显的抗癌活性。表明了复合治疗是一种有效的肿瘤治疗策略。我们的研究为吉非替尼抗性的非小细胞肺癌提供了一种崭新的治疗方案。4.同时我们也研究了PI-103在结肠癌细胞系CaCO2和肝癌细胞系HepG2中的抗癌效果,发现PI-103单用也能明显地抑制CaCO2和HepG2细胞的生长。而且PI-103和U0126联用也能协同诱导细胞生长抑制。在HepG2细胞中,PI-103和U0126也协同诱导了G0／G1期细胞周期停滞。PI-103同样能协同加强化疗药物紫杉醇诱导的细胞凋亡作用。也说明PI-103在结肠癌和肝癌中,是一种潜在的靶向治疗药物。我们的研究也同样为结肠癌和肝癌的临床治疗提供了潜在的治疗方案。5.DHA的抗癌活性与脂质过氧化有关,脂质过氧化产物对细胞有毒性从而抑制肿瘤细胞生长。另一方面DHA发生脂质过氧化因而减少了膜上DHA的水平,导致膜上磷脂酰丝氨酸减少,抑制了细胞内PI3K/Akt信号通路转导,从而抑制肿瘤细胞生长。血清能明显拮抗DHA的抗癌作用,10%的血清下,DHA反而促进肿瘤细胞生长,可能是血清中的生长因子或者牛血清白蛋白阻碍了膜上富集的DHA发生脂质过氧化反应,从而促进了细胞存活通路PI3K/Akt的信号转导。PI-103通过阻断磷脂酰丝氨酸介导的PI3K/Akt信号传导,有效地拮抗了DHA在正常培养下对A549细胞的生长促进作用。我们的研究进一步阐明了DHA的抗癌机制,而且为DHA作为一种辅助抗癌药物的研发具有一定的指导意义。

论文目录

• 致谢
• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 略语表
• 第一章 引言
• 1.1 PI3K/AKT/MTOR信号通路
• 1.1.1 PI3KS激酶家族
• 1.1.2 PKB/Akt激酶
• 1.1.3 mTOR激酶
• 1.1.4 PI3K/Akt/mTOR信号通路与癌症
• 1.1.5 PI3K/Akt/mTOR信号通路与靶向抑制剂
• 1.2 RAS/ERK信号通路
• 1.2.1 Ras蛋白
• 1.2.2 Erk（Extracellular signal-regulated kinase）激酶
• 1.2.3 Ras/Erk通路与肿瘤
• 1.2.4 Ras/Erk通路与其靶向抑制剂
• 1.3 PI3K/AKT/MTOR与RAS/ERK信号通路之间的串话
• 1.3.1 Ras/Erk通路对PI3K/Akt/mTOR通路的影响
• 1.3.2 PI3K/Akt/mTOR通路对Ras/Erk通路的影响
• 1.4 一种新型的PI3KA/MTOR双抑制剂PI-103
• 1.5 本课题的研究背景、研究目的和研究内容
• 1.5.1 研究背景
• 1.5.2 研究目的
• 1.5.3 研究内容
• 第二章 PI-103和UO126协同抑制肺癌A549细胞的生长
• 2.1 前言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 仪器设备
• 2.2.2 主要试剂和材料
• 2.2.3 方法
• 2.3 结果
• 2.3.1 PI-103对非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系A549的生长抑制作用
• 2.3.2 MEK抑制剂U0126对A549细胞的增殖抑制作用
• 2.3.3 U0126对PI-103抑制A549细胞生长的影响
• 2.3.4 PI-103对U0126抑制A549细胞生长的影响
• 2.3.5 PI-103对A549细胞内信号通路相关蛋白表达的影响
• 2.3.6 U0126对A549细胞内信号通路相关蛋白表达的影响
• 2.3.7 PI-103和U0126共同对A549细胞内信号通路相关蛋白表达的影响
• 2.3.8 PI-103抑制了雷帕霉素（rapamycin）诱导的Akt的磷酸化
• 2.3.9 在A549细胞中,PI-103和U0126协同诱导细胞周期停滞
• 2.3.10 在A549细胞中,PI-103和U0126协同改变细胞周期蛋白的表达
• 2.3.11 在A549细胞中,PI-103和U0126同时抑制了核糖体蛋白s6和真核转录因子eIF4B的磷酸化
• 2.4 讨论
• 第三章 PI-103和U0126协同抑制肺癌H460细胞的生长
• 3.1 前言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 仪器设备
• 2.2.2 主要试剂和材料
• 3.2.3 方法
• 3.3 结果
• 3.3.1 PI-103对非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系H460的生长抑制作用
• 3.3.2 U0126对H460细胞的增殖抑制作用
• 3.3.3 U0126协同PI-103抑制H460细胞的生长
• 3.3.4 PI-103协同U0126抑制H460细胞的生长
• 3.3.5 PI-103对H460细胞内信号通路相关蛋白表达的影响
• 3.3.6 U0126对H460细胞内信号通路的影响
• 3.3.7 PI-103和U0126共同对H460细胞内信号通路相关蛋白表达的影响
• 3.3.8 在H460细胞中,PI-103抑制了雷帕霉素（rapamycin）诱导的Akt的磷酸化
• 3.3.9 在H460细胞中,PI-103和U0126协同诱导细胞周期停滞
• 3.3.10 在H460细胞中,PI-103和U0126协同改变细胞周期蛋白的表达
• 3.3.11 在H460细胞中,PI-103和U0126同时抑制了核糖体蛋白s6和真核转录因子eIF4B的磷酸化
• 3.4 讨论
• 第四章 在A549细胞中PI-103促进了紫杉醇诱导的生长抑制和凋亡作用
• 4.1 前言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 仪器设备
• 4.2.2 主要试剂和材料
• 4.2.3 方法
• 4.3 结果
• 4.3.1 PI-103对非小细胞肺癌（NSCLC）细胞系A549的生长抑制作用
• 4.3.2 紫杉醇（paclitaxel）对A549的生长抑制作用
• 4.3.3 PI-103协同紫杉醇抑制A549细胞的生长
• 4.3.4 从细胞形态学分析,在A549细胞中,PI-103协同促进紫杉醇的诱凋亡作用
• 4.3.5 在A549细胞中,PI-103协同提高紫杉醇的诱凋亡作用
• 4.3.6 在A549细胞中,PI-103协同紫杉醇对细胞内凋亡相关蛋白的改变
• 4.4 讨论
• 第五章 在H460细胞中PI-103促进了紫杉醇诱导的生长抑制和凋亡作用
• 5.1 前言
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 仪器设备
• 5.2.2 主要试剂和材料
• 5.2.3 方法
• 5.3 结果
• 5.3.1 PI-103剂量依赖性地抑制H460细胞的生长
• 5.3.2 紫杉醇（paclitaxel）对H460的生长抑制作用
• 5.3.3 PI-103协同紫杉醇抑制H460细胞的生长
• 5.3.4 从细胞形态学分析,在H460细胞中,PI-103协同促进紫杉醇的诱凋亡作用
• 5.3.5 在H460细胞中,PI-103协同促进紫杉醇的诱凋亡作用
• 5.3.6 在H460细胞中,PI-103协同紫杉醇对细胞内凋亡相关蛋白的改变
• 5.4 讨论
• 第六章 :PI-103和U0126、紫杉醇在结肠癌细胞系CACO2、肝癌细胞系HEPG2中的抗癌活性及机理研究
• 6.1 前言
• 6.2 材料和方法
• 6.2.1 仪器设备
• 2.2.2 主要试剂和材料
• 6.2.3 方法
• 6.3 结果
• 6.3.1 PI-103对结肠癌细胞系CaCO2的生长抑制作用
• 6.3.2 U0126对CaCO2细胞的增殖抑制作用
• 6.3.3 U0126协同PI-103抑制CaCO2细胞的生长
• 6.3.4 PI-103协同U0126抑制CaCO2细胞的生长
• 6.3.5 PI-103对结肠癌细胞系HepG2细胞的生长抑制作用
• 6.3.6 U0126对HepG2细胞的增殖抑制作用
• 6.3.7 U0126协同PI-103抑制HepG2细胞的生长
• 6.3.8 PI-103协同U0126抑制HepG2细胞的生长
• 6.3.9 PI-103和U0126共同对HepG2细胞内信号通路的影响
• 6.3.10 在HepG2细胞中,PI-103和U0126协同诱导细胞周期停滞
• 6.3.11 在HepG2细胞中,PI-103和U0126协同改变细胞周期蛋白的表达
• 6.3.12 在HepG2细胞中,PI-103加强了紫杉醇的诱凋亡作用
• 6.3.13 在HepG2细胞中,流式细胞仪分析显示PI-103协同促进紫杉醇的诱凋亡作用
• 6.3.14 在HepG2细胞中,PI-103协同紫杉醇对细胞内凋亡相关蛋白的改变
• 6.4 讨论
• 第七章 DHA的抗癌机制以及血清和PI-103对DHA抗癌机制的影响
• 7.1 前言
• 7.2 材料和方法
• 7.2.1 仪器设备
• 7.2.2 主要试剂和材料
• 7.2.3 方法
• 7.3 结果
• 7.3.1 无血清培养条件下DHA对A549细胞的生长抑制作用
• 7.3.2 血清对DHA抑制A549细胞生长的影响
• 7.3.3 无血清下,维生素E对DHA抑制A549细胞生长的影响
• 7.3.4 正常培养下,PI-103拮抗了DHA促进A549细胞生长的作用
• 7.3.5 无血清情况下,DHA对Akt磷酸化的影响
• 7.3 讨论
• 第八章 总结及展望
• 8.1 本文研究总结
• 8.2 主要创新成果
• 8.3 展望
• 参考文献
• 个人简历