北京大学发文：可治疗肝癌的纳米颗粒
8月28日，北京大学研究团队在期刊《Cell Death Discovery》上发表了题为“Metal-polyphenol-network coated R612F nanoparticles reduce drug resistance in hepatocellular carcinoma by inhibiting stress granules”的研究论文，本研究中，研究人员证明了p110α是SGs组装所必需的。从机制上讲，p110α的Arg-Gly (RG)基序是SG能力所必需的，并调节SG成分的募集。蛋白精氨酸甲基转移酶1 (PRMT1)介导的p110α甲基化干扰了p110α向SG组分的募集，从而抑制了p110α向SGs的促进。在此基础上，研究人员制备了金属多酚网络包被的R612F纳米颗粒(MPN-R612F)，该纳米颗粒可以高效进入HCC细胞，维持p110α的超甲基化状态，从而抑制SGs的组装，终降低HCC细胞对索拉非尼的耐药性。MPN-R612F纳米颗粒与索拉非尼联合使用可以更有效地杀伤HCC细胞，发挥更强的抗肿瘤作用。本研究为靶向SGs治疗HCC提供了新的视角。
背景知识
肝细胞癌(HCC)是常见的恶性肿瘤，长期威胁着人类的健康。HCC早期预后良好，但由于其隐蔽性较强，多数发现时已进入中晚期。目前的治疗效果不足，因此死亡率较高。对于不符合手术治疗条件的患者，化疗是较佳选择。索拉非尼是一种多激酶抑制剂，可促进细胞凋亡，减少血管生成，抑制肿瘤细胞增殖，目前是晚期HCC的有效一线治疗药物。不幸的是，对索拉非尼的耐药性越来越普遍。据报道，索拉非尼在各种来源的癌细胞中是应激颗粒(SGs)的有效诱导剂，包括HCC、前列腺癌、乳腺癌、宫颈癌细胞。相应地，SGs的形成有助于HCC细胞对索拉非尼的耐药。
SGs被认为是一种无膜细胞器，是细胞抵御外界应激的一种保护机制。它们主要由停滞的翻译起始前复合物(PICs)组成，包括核糖体大小的亚基、翻译起始因子和许多RNA结合蛋白。SGs的形成有多种原因，如氧化应激、内质网应激、热休克、缺氧、饥饿、病毒感染或药物诱导等。SGs已被证实存在于多种肿瘤中，其某些核心蛋白的高表达往往与HCC呈正相关。同时，当肝癌细胞暴露于化疗等环境应激时，通常会调用SGs来修复应激诱导的变化，终抑制肝癌细胞凋亡。SGs的持续积累常导致化疗耐药性的增加。探索SGs形成机制对改进HCC治疗策略具有重要意义。
p110α调节肝癌细胞中SGs的形成
研究人员使用p110α过表达系统和慢病毒介导的敲低来研究p110α对HepG2和Huh7细胞系中SGs形成的影响。以G3BP1和另一种典型的SG组分eIF4G为标记物，免疫荧光实验表明，p110α过表达显著且均匀地促进AS-、Sorb-、H2O2-和NaCl-诱导的SGs形成。免疫荧光融合图像(黄色)表示SGs灶阳性细胞。通过shRNA敲低HepG2和Huh7细胞中p110α的表达，观察其对4种不同化学物质诱导的SGs组装的影响。如图1C, D所示，在压力下，p110α敲低后SGs检测明显低于对照组。此外，研究人员还检测了去除AS后SGs的形成，p110α过表达延迟了As去除后SGs的拆卸。而在p110α敲低的各组中，SGs几乎未检测到。这些结果表明，p110α不仅促进应力诱导的SG组装，而且延缓应力去除后SG的拆卸。综上所述，这些结果表明p110α是SG动力学的核心调节器，负责SGs的组装和拆卸。
图1：p110α调控肝癌细胞中SGs的形成
PRMT1诱导的p110α甲基化可抑制肝癌细胞SGs的组装
研究人员将PRMT1与野生型p110α或突变型R612A共转染HepG2和Huh7细胞，免疫荧光实验显示，过表达PRMT1显著抑制p110α促进SG形成的作用，但对R612A促进SG形成的作用无影响。而PRMT1敲除显著增强了p110α促进SG装配的作用，但对R612A促进SG装配的作用无影响。prmt1诱导的p110α甲基化可抑制p110α介导的SG组装。蛋白质免疫印迹实验检测证实上述细胞株构建成功。机制上，PRMT1敲除显著增强了p110α与SG成核蛋白RPS6和RPL4的相互作用，而PRMT1过表达显著抑制了p110α与SG成核蛋白的结合。因此，PRMT1敲除消除了p110α ADMA信号，而PRMT1过表达诱导了p110α ADMA信号，表明PRMT1介导的精氨酸甲基化抑制了p110α与sgs相关元件的结合。综上所述，这些结果证实了PRMT1是一个重要的分子开关，通过介导p110α精氨酸甲基化在SG动力学的调节中发挥作用。
设计纳米颗粒MPN-R612F以增强索拉非尼的抗肿瘤能力
在本研究中，研究人员还发现索拉非尼处理显著诱导了应激颗粒的聚集，而对照组没有。有趣的是，研究人员索拉非尼处理后，HepG2和Huh7细胞中PRMT1蛋白水平降低，而p110α蛋白水平保持不变。同时，索拉非尼治疗显著降低了p110α甲基化水平。索拉非尼与SGs、甲基化p110α之间存在一定的相关性。研究人员构建了一个阳性(Arg/Phe)突变R612F，该突变通过将精氨酸替换为苯丙氨酸来模拟组成性精氨酸甲基化，苯丙氨酸具有类似大小的烃链，并且携带大量疏水部分。Phe突变引起的疏水作用对可甲基化的精氨酸残基具有特异性，能够模拟精氨酸的甲基化，导致p110α呈现高甲基化状态。蛋白质印迹法分析证实，在PRMT1缺失的情况下，R612F确实发生了甲基化，其甲基化效应与PRMT1对p110α的甲基化效应相似。因此，研究人员计划基于突变体R612F设计一种纳米颗粒。
研究表明，研究人员设计的MPN-R6-12F纳米颗粒可以通过抑制应激颗粒的形成有效杀死肿瘤，对肝脏和肾脏的损伤较小。与索拉非尼联合使用可显著增强索拉非尼的抗肿瘤效果。
研究小结
综上，本研究揭示了p110α通过调节SGs蛋白之间的相互作用来促进SGs的形成。prmt1介导的p110α甲基化在肝癌细胞对索拉非尼的耐药中起重要作用。MPN-R612F联合索拉非尼可能克服传统抗癌药物产生的药物耐受性，为传统治疗策略失败的HCC治疗提供新的临床视角。
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