浙大一院曹林平团队联合浙工大EST|全氟辛烷磺酸PFOS及其商业替代品6:2 Cl-PFESA诱导胰腺癌多药耐药

政务   2024-12-18 08:30   湖北  

文章信息

第一作者:洪嘉炜、杜可熠

通讯作者:金航标,陈源琛,曹林平

通讯单位:浙江工业大学,浙江大学医学院附属第一医院

https://doi.org/10.1021/acs.est.4c08669

亮点

• 结果表明,长期暴露于PFOS/6:2 Cl-PFESA显著增强了胰腺癌细胞多药耐药性。
• PFOS/6:2 Cl-PFESA在体内具有显著的多药耐药效应,其中6:2 Cl-PFESA显示出比PFOS更强的效能。

• PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露通过激活PI3K-ABCB1轴在胰腺癌细胞中启动了pMDR效应。

研究进展

全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS),特别是全氟辛烷磺酸(PFOS)及其替代品2-[(6-氯-1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-十二氟己基)氧基]-1,1,2,2-四氟乙烷磺酸(6:2 Cl-PFESA),与环境健康问题和潜在的癌症进展有关。这些化合物已在多个人体器官中广泛检测,与多种不良健康影响相关,包括肿瘤发生、内分泌干扰、肝脏和肾脏损伤以及代谢紊乱等。最近的流行病学证据表明,PFAS曝露可能增加胰腺癌的风险。此前我们的研究团队发现,PFOS和6:2 Cl-PFESA暴露能够诱导肿瘤细胞中PI3K/AKT/mTOR信号通路的异常激活。过度激活诸如mTOR等信号通路被认为与多种肿瘤的增殖潜力和多药耐药(MDR)相关,包括胰腺癌。此类信号通路活动的改变可能通过影响自噬和调节蛋白质合成来影响肿瘤的药物耐受性。本研究旨在验证PFOS和6:2 Cl-PFESA暴露对胰腺癌MDR的影响,阐明其潜在机制,并系统比较这两种污染物的不同影响。

图 S1

图 S2
我们依据已发表的多篇文章对人体PFOS浓度的测定,选择1 μM作为体外暴露浓度来研究PFOS/6:2 Cl-PFESA对胰腺癌的影响,并确认了1 μM PFOS/6:2 Cl-PFESA的长期暴露对三种胰腺癌细胞系的存活率和增殖没有显著影响(图S1)。然后检测PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露对胰腺癌细胞对多种化疗药物的耐受性,包括紫杉醇(PTX)、长春瑞滨(VNR)、多柔比星(DOX)、5氟尿嘧啶(5-FU)和顺铂(CPT)。结果显示6:2 Cl-PFESA在促进PTX耐药性方面比PFOS表现出更为显著的效果。然而,它对5-FU和顺铂的敏感性未显著改变(图1C和图S2)。

图1 药敏试验流程及PFOS/6:2 cl-ppfesa体外促进PC耐多药作用
而后我们建立裸鼠胰腺癌异种移植肿瘤模型,在PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露期间,裸小鼠肿瘤接种后接受PTX治疗,并对其进行收集和分析。结果显示PTX对未暴露于两种污染物的胰腺癌肿瘤表现出显著的细胞毒性作用。而在污染物暴露的情况PTX的疗效有所下降,如图2B所示。对肿瘤体积与质量的统计分析发现PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露并未诱导胰腺癌肿瘤的增殖,但导致了胰腺癌肿瘤对PTX的耐药性发展(图2C)。因此,我们得出结论,PFOS/6:2 Cl-PFESA在体内具有显著的pMDR效应,其中6:2 Cl-PFESA显示出比PFOS更强的效能。

图2 PFOS/6:2 6:2 Cl-PFESA暴露促进PC体内对PTX的抵抗

为了从分子层面解释这一现象,我们首先对暴露于1 μM PFOS/6:2 Cl-PFESA 28天的GEM-20细胞进行了转录组和蛋白质组测序(图3),重点关注了与MDR相关的基因——多药耐药基因1(MDR1/ABCB1,ABC超家族成员之一)(图3C)。

图3 PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露后GEM-20细胞基因表达的变化

KEGG分析显示,PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露后,胰腺癌细胞中PI3K/AKT和ABC转运蛋白通路显著富集(图4A)。我们发现虽然PI3K的上游调节因子未发生显著变化,胰腺癌组织中PI3K和ABC超家族成员的表达高于正常组织(图4B),且其高表达与胰腺癌不良预后相关(图4C)。特别是在化疗失败的患者中,ABC亚家族高表达与MDR密切相关(图4D)。GEO数据库的MDR胰腺癌数据也显示ABC亚家族mRNA在耐药株中普遍高表达。GEM-20细胞中过表达ABCB1基因(图4E)。蛋白质组GSEA分析证实PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露后PI3K/AKT通路活性显著增强(图4F)。PI3K与ABCB1基因显著正相关(图4G),支持PI3K-ABCB1轴在胰腺癌MDR中的作用。

图4 PC MDR的生物信息学分析
进一步的实验结果显示在GEM-20细胞暴露于PFOS/6:2 Cl-PFESA后,PI3K和ABCB1的mRNA表达水平上升(图5A),PI3K和ABCB1的蛋白表达增加(图5B)。于是,我们通过关注ROD阳离子荧光探针的胞内荧光强度检测P-糖蛋白(P-gp,是由ABCB1基因编码的膜结合转运蛋白,能通过消耗ATP排出特定的细胞毒物质,对细胞起到保护作用)的活性。图5C展示了PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露后细胞内ROD残留量减少,且在6:2 Cl-PFESA组更为明显。而后证实了PFOS/6:2 Cl-PFESA通过激活P-糖蛋白导致PTX耐药性。后又通过集落形成实验进一步得到证实(图5E)。动物实验结果也显示,PFOS/6:2 Cl-PFESA在体内暴露会触发肿瘤中PI3K–ABCB1轴的激活(图5F,G)。本研究首次发现,PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露通过诱导PI3K-ABCB1信号传导途径的过度激活,进而引起MDR效应(图5H)。

图5 PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露可促进PC细胞中PI3K-ABCB1的过表达

近年来,化疗仍然是胰腺癌的必要治疗手段,紫杉醇+吉西他滨联合(AG化疗方案)为一线用药方案,其他药物如长春新碱(VNR)、阿霉素(DOX)、氟尿嘧啶(5-FU)和卡铂(CPT),也常用于PC治疗。但化疗失败是癌症治疗中的重大挑战,在很大程度上可归因于肿瘤的MDR,其产生由多种因素引起,如ABCB1介导的P-gp作用、多药耐药相关蛋白(MRP)表达上调、谷胱甘肽转移酶(GST)活性增加以及DNA修复/复制的改变。其中与耐药性相关的特定基因的过度表达是MDR发展的关键机制,ABCB1的过表达最为常见。目前认为PI3K- ABCB1- P-gp这一通路的表达上调会诱导肿瘤产生MDR。PTX、VNR、DOX和吉西他滨,都是P-gp底物故可被其转运排出。而5-FU和CPT不能被运输、进而对污染物的诱导未产生耐药性,与我们实验结果一致。因此若将我们的研究延伸至临床决策中,非P-gp底物如5-FU和CPT可能成为受PFOS和6:2 Cl-PFESA暴露影响的胰腺癌的潜在治疗替代品。

本研究仍然存在可以改进或深入探索之处。首先,PFOS/6:2 Cl-PFESA对肿瘤的影响在人体内相当多样,受大量混杂因素的影响,尽管我们依据大量测定模拟了两种物质在人体内的暴露水平,但这些模型本身可能存在偏差。其次,耐药胰腺癌细胞模型在转染荧光素酶质粒后体内成瘤率降低,将我们的体内实验限于皮下肿瘤模型,使得研究存在局限性。此外,由于胰腺癌患者预后差、总生存时间短等特征,从晚期、化疗耐药的胰腺癌患者获取标本难度较高,也影响我们对人体PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露与化疗耐药性之间关系的评估。而且,我们的研究仅证实PFOS/6:2 Cl-PFESA暴露改变了PI3K分子表达水平,但作为一个关键细胞内信号分子其表达水平受到众多因素的调控,进一步探讨PFOS/6:2 Cl-PFESA影响PI3K的分子机制或是否存在直接结合位点较为困难。在未来,我们认为应逐步建立完善、规范化的肿瘤化疗耐药标准,并对可能影响药物敏感性的全氟化合物甚至更多环境污染物进行筛查,以求实现更为明了的环境健康管理措施。

作者介绍


金航标,浙江工业大学能源与碳中和科教融合学院。长期从事流域新污染物筛查、环境行为、暴露与生态健康效应方向研究。

通讯邮箱hangbiao@zjut.edu.cn

陈源琛,浙江工业大学能源与碳中和科教融合学院。长期从事流域新污染物筛查、环境行为、暴露与生态健康效应方向研究。

通讯邮箱chenyuanchen1988@zjut.edu.cn

曹林平,外科学博士,浙大一院肝胆胰外科副主任医师。中国抗癌协会环境肿瘤学专业委员会委员,浙江省抗癌协会肿瘤精准诊治青年委员会副主任委员,浙江省解剖学会肝胆胰精准治疗委员会委员兼秘书,中国胰腺病学会会员。《HBPD INT》、《中国普通外科杂志》、《中华生物医学工程杂志》、《广州医药》中青年编委,以第一作者/通讯作者发表SCI论文20余篇,包括ES&TJHMEI等专业领域内高影响力期刊。长期从事环境暴露与肝胆胰恶性疾病的关系及相关机制研究,人工智能/深度学习大数据建模在肝胆胰疾病精准诊疗中的应用。

通讯邮箱caolinping510@zju.edu.cn

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