“ 多形性胶质母细胞瘤(GBM)的高侵袭性和对化疗和放疗的耐药性使其成为最致命的脑肿瘤。因此,需要新的治疗策略来防止GBM细胞的迁移和侵袭。作者使用两种不同的迁移分析,Western blotting,传统和超分辨率(dSTORM)荧光显微镜来检查双PI3K/mTOR抑制剂、PI-103单独和联合Hsp90抑制剂NVP-AUY922和/或照射对两个GBM细胞系(DK-MG和SNB19)的入侵能力影响。它们在形态学和迁移行为上都有显著的不同。侵袭性较低的DK-MG细胞保持极化形态并以方向性持续迁移,而高侵袭性的SNB19细胞呈现多极形态并随机迁移。作者的结果显示,抗迁移药物作为治疗GBM的潜在治疗方法,值得进一步的临床前研究。”
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研究结果
多形性胶质母细胞瘤(GBM)是一种高级别星形细胞瘤,中位生存时间为15个月,即使是在手术切除、化疗和放疗后。虽然联合化疗后有更多的长期幸存者报道,但GBM的高侵袭性主要是由于单个肿瘤细胞弥漫性浸润到周围脑实质,使得几乎不可能完全去体积。因此,对GBM患者进行更好的治疗是必要的,包括防止细胞迁移和侵袭的策略,这将增强肿瘤对局部治疗的反应。这些挑战导致了阐明GBM细胞运动的调节机制的广泛努力。GBM入侵的分子基因特征的机制尚不清楚。一个典型的胶质母细胞瘤有超过60种基因改变的。受影响的基因/通路包括RTK、PTEN、PI3K和p53。RTK、PTEN和p53基因的频繁突变有助于放射和化疗耐药表型,并与不良的临床结果相关。
最近的数据表明,一些最常见的突变p53蛋白除了失去转录功能外,还获得了促进肿瘤细胞迁移和转移的功能。p53对细胞运动的影响主要是通过调控Rho信号来介导的,从而控制肌动蛋白的细胞骨架组织,防止丝状伪足的形成、细胞扩散、迁移和侵袭。p53功能的缺失通过激活PI3K/AKT/mTOR信号通路(以下简称PI3K通路)增加了RhoA和Rac的活性,并导致cdc42依赖的丝状伪足形成过多。因此,这个网络的激活促进了细胞的粘附和迁移。PTEN突变细胞中激活的PI3K通路可以通过抑制4E-BP1(迁移负调节因子)或激活S6K1(迁移正调节因子)蛋白来增加细胞的迁移和侵袭活性。因此,抑制该通路中的关键蛋白,如PI3K、AKT和/或mTOR,有望减少肿瘤细胞的迁移。此外,肿瘤细胞的迁移还依赖于热休克蛋白90(Hsp90)的过表达。作为一种分子伴侣,Hsp90促进翻译后成熟,并维持大量致癌客户蛋白的稳定性,包括那些与细胞迁移有关的蛋白。
作者通过单细胞跟踪评估PI3K/mTOR和/或Hsp90抑制对DK-MG和SNB19胶质母细胞瘤细胞系运动的影响。
图1. 对照组(DMSO)和药物处理细胞的典型外观(上)和迁移行为(下)
除了单细胞追踪外,作者还进行了伤口愈合实验。与单细胞跟踪实验的结果一致,药物处理后的DK-MG细胞关闭伤口区域的速度比对照组(即无药物和非辐照细胞)要慢得多
图2. 辐照与药物共同作用对GBM迁移能力的影响
伤口愈合试验的进一步发现是,SNB19细胞对药物治疗的反应性低于DK-MG细胞。因此,与未处理的对照组相比,用PI-103、AUY922和两种药物联合处理的SNB19细胞的伤口愈合率分别下降了19、34和82%,远低于在药物处理的DK-MG细胞中观察到的100倍的抑制作用。
接下来作者为了从细胞迁移方面解释两种GBM细胞系对双PI3K/mTOR抑制剂的不同反应,作者通过直接随机光学重建显微镜(dSTORM)的超分辨率成像分析了药物诱导的肌动蛋白丝和黏附复合物。利用超分辨率dSTORM,作者发现了微小的、直径为70-200nm(即超过LSM的分辨率限制)靠近腹侧质膜。auy922处理的DK-MG细胞显示丰富的径向应力纤维,末端在细胞外周有局灶性粘附。尽管PI-103不影响SNB19细胞的迁移单细胞跟踪测试,它引起了肌动蛋白丝的重组,尤其是多个片足的损失,似乎由于他们合并成一个大片状。该片状基的富含肌动蛋白的前缘含有丰富的局灶粘连,而细胞后部大部分缺乏f-肌动蛋白和局灶粘连。
在本研究中,研究者主要借助STORM技术在更深一层次了解整合素之间的位置关系。这项2014年诺贝尔化学奖的发现已在国内实现产业化。宁波力显智能科技有限公司(INVIEW)现已发布超高分辨率显微系统iSTORM,采用3D随机光学重构技术、高精度细胞实时锁定技术、多通道同时成像技术等,以纳米级观测精度、高稳定性、广泛环境适用、快速成像、简易操作等优异特性,获得了超过50家科研小组和100多位科研人员的高度认可。
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