供稿：谢何曦，武汉大学
校稿：刘玮，武汉大学
推送：刘玮，武汉大学
今天给大家分享的文献发表在Environmental Science & Techonology上，标题是PFOS and Its Commercial Alternative, 6:2 Cl-PFESA, Induce Multidrug Resistance in Pancreatic Cancer，浙江工业大学的金杭标和陈元辰教授以及浙江大学医学院附属第一医院的曹林平副主任医师是本文的共同通讯作者。
全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类广泛用于消防材料、塑料和防水产品的合成化合物，具有持久性污染特性，已在各种环境介质和人体组织中检测到。研究表明，PFAS暴露与多种不良健康结局相关，特别是与多种癌症风险增加有关。胰腺导管腺癌（PDAC，胰腺癌、PC）是一种高度恶性的癌症，化疗是其治疗的主要手段，但多药耐药性（MDR）已严重影响了其治疗效果和预后。
最近有研究表明环境污染物暴露与肿瘤药物耐受性增加有关，然而全氟辛烷磺酸（PFOS）及其商业替代品6：2氯-全氟乙烷磺酸（Cl-PFESA）对肿瘤MDR的影响尚不明确。本研究通过体内外实验，结合转录组学和蛋白质组学测序，探讨了PFOS和6：2 Cl-PFESA对胰腺癌多药耐药性的影响。旨在揭示PFAS暴露与肿瘤耐药性的关联，并阐明其潜在机制，从而为肿瘤治疗提供新思路。
首先，作者通过体外实验系统评估了PFOS及6：2 Cl-PFESA对胰腺癌细胞MDR的促进作用。图1A展示了实验设计流程，包括体外药物敏感性实验和体内小鼠模型的建立与评估。作者将BxPC-3、GEM-20和CFPAC-1三种胰腺癌细胞暴露在在PFOS和6：2 Cl-PFESA下，结果表明，两种污染物均显著增强了细胞的耐药性，且6：2 Cl-PFESA的促耐药效应强于PFOS（图1B）。作者进一步比较了三种细胞对紫杉醇（PTX）、长春瑞滨（VNR）、多柔比星（DOX）、5-氟尿嘧啶（5-FU）和顺铂（CPT）的半抑制浓度（IC50），发现PFOS和6：2 Cl-PFESA显著增加了细胞对PTX、VNR和DOX的耐药性，但不影响细胞对5-FU和CPT的敏感性（图1C）。作者进一步通过克隆形成实验验证了这一点，为后续体内实验和分子机制研究提供了重要依据（图1D）。
图1 药物敏感性测定流程和PFOS/6：2 Cl-PFESA对体外PC的MDR促进作用
接着，作者通过体内实验进一步验证PFOS和6：2 Cl-PFESA对小鼠胰腺癌MDR的促进作用。图2A展示了六组不同处理条件下小鼠胰腺癌肿瘤的质量，结果表明，未暴露于污染物的对照组中，PTX处理显著抑制了肿瘤生长，抑制率高达78.3%；而在PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露组中，PTX的疗效显著降低，抑制率分别降至23.8%和6.1%。作者进一步量化了肿瘤重量，结果显示，PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露显著减弱了PTX对肿瘤生长的抑制作用，且6：2 Cl-PFESA的效应更为显著（图2B）。图2C展示了肿瘤体积随时间的变化过程，进一步证实了PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露显著降低了PTX的疗效。
图2 PFOS/6：2 Cl-PFESA暴露促进PC在体内对PTX的抵抗力
然后，作者通过转录组学和蛋白质组学测序来研究PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露对胰腺癌细胞基因表达的调控作用。GEM-20细胞在PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露后蛋白质组学的变化热图，表明两种污染物显著改变了细胞的蛋白质表达谱（图3A）。图3B中的维恩图则展示了PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露后差异表达基因的重叠情况，提示两种污染物在调控基因表达方面既有共同点，也存在特异性。作者通过火山图展示了GEM-20细胞在PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露后差异表达基因的分布，重点关注了与MDR相关的基因，如ABCB1（MDR1）（图3C）。结果显示，PFOS和6：2 Cl-PFESA显著上调了ABCB1等MDR相关基因的表达，且6：2 Cl-PFESA的调控效应更为显著。
图3 GEM-20细胞暴露于PFOS/6：2 Cl-PFESA后基因表达发生变化
为了深入探讨PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露调控胰腺癌MDR的分子机制，作者进行了生物信息学分析。图4A展示了KEGG通路富集分析结果，表明PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露显著影响了PI3K/AKT和ABC转运蛋白信号通路，提示这些通路在MDR中的关键作用。作者进一步比较了胰腺癌组织与正常组织中PI3K和ABC超家族成员的表达水平，结果显示，PI3K和ABC超家族在肿瘤组织中的表达显著高于正常组织（图4B）。然后作者通过Kaplan-Meier生存曲线分析发现PI3K和ABC超家族高表达与胰腺癌患者不良预后存在显著相关性（图4C）。接着作者进一步分析GEO数据库中不同ABC亚家族成员在化疗失败患者中的表达差异，证实了ABC超家族与MDR的密切关联（图4D）。GEM-20细胞中ABCB1 mRNA的相对表达水平显著上调（图4E），GSEA富集分析结果说明了PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露后PI3K/AKT信号通路的显著激活。共表达分析也揭示了了PI3K与ABCB1基因在胰腺癌患者中存在显著正相关性（图4G）。
图4 PC MDR的生物信息学分析
最后作者通过分子生物学实验来验证PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露对胰腺癌细胞PI3K-ABCB1信号通路的激活作用及其在MDR中的关键作用。在PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露后，GEM-20细胞中PI3K和ABCB1 mRNA表达水平显著上调（图5A）。作者通过Western blot和定量分析，证实了PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露显著增加了PI3K和P-糖蛋白（P-gp，由ABCB1编码）的蛋白表达水平（图5B）；图5C中的罗丹明123（Rhodamine 123）外排实验也进一步验证了P-gp的激活。图5D展示了新型P-gp抑制剂Y-320与PFOS、6：2 Cl-PFESA共处理对胰腺癌细胞PTX敏感性的恢复作用，结果表明，Y-320与PFOS、6：2 Cl-PFESA共处理显著降低了PTX的IC50值；作者通过克隆形成实验，进一步验证了Y-320对PFOS、6：2 Cl-PFESA诱导的MDR的逆转效应（图5E）。作者通过Western blot和qPCR检测，证实了PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露在体内实验中同样激活了PI3K-ABCB1轴（图5F、G）。最后，作者总结了PFOS和6：2 Cl-PFESA通过激活PI3K-ABCB1信号通路诱导胰腺癌MDR的分子机制（图5H）。
图5 PFOS/6：2 Cl-PFESA暴露促进PC细胞中PI3K-ABCB1的过表达
综上所述，本研究通过体外和体内实验，结合转录组学、蛋白质组学测序及生物信息学分析，系统探讨了PFOS及其替代物6：2 Cl-PFESA对胰腺癌MDR的影响及其分子机制。研究结果表明，PFOS和6：2 Cl-PFESA暴露通过激活PI3K-ABCB1信号通路，增强胰腺癌细胞对多种化疗药物的耐药性，其中6：2 Cl-PFESA的促MDR效应更为显著。新型P-gp抑制剂Y-320能够有效恢复细胞对化疗药物的敏感性。本研究为开发针对MDR的治疗策略提供了新的思路，也为胰腺癌的治疗和PFAS的环境风险管理提供了重要的科学依据。
文章编号：482
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c08669
原文引用：
Jiawei Hong, Keyi Du, Weichen Zhang, Yifan Jiang, Hanxi Yu, Tingting, PanTong Wu, Liang Zhao, Wei Du, Shu-Sen Zheng, Hangbiao Jin*, Yuanchen Chen*, Linping Cao*. PFOS and Its Commercial Alternative, 6:2 Cl-PFESA, Induce Multidrug Resistance in Pancreatic Cancer. Environ. Sci. Technol., 2024, 58, 50, 22027-22038.
