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人类脊索瘤细胞系中内溶酶体系统的特征 |
脊索瘤是罕见的恶性骨肿瘤,具有破坏性生长,并且通常具有侵袭性局部扩张,多次复发和转移的缓慢进展过程。这些肿瘤对常规化学疗法和放射疗法具有高度抗性,因此,标准疗法仍局限于手术和放疗。
脊索瘤在形态学上由具有透明或嗜酸性细胞质的大细胞组成,所述细胞质排列在由纤维带分开的结节中。肿瘤细胞具有可变空泡化的“起泡”细胞质。证明这种空泡化细胞质的细胞称为生理细胞。空泡化是在最近建立的具有稳定形态的脊索瘤细胞系中保留的特征。特别令人感兴趣的是,脊索瘤被认为从脊索的残余发起。脊索细胞的典型特征是充满液体的细胞器脊索空泡已在几种脊椎动物物种的胚胎中描述。索空泡是独特的溶酶体相关细胞器,是胚胎发育过程中体轴伸长所必需的。溶酶体也参与像胞吞作用,吞噬,胞吐作用,血浆膜修复,能量感测,细胞凋亡和还多耐药性癌细胞。溶酶体在细胞稳态中的重要作用在几种溶酶体贮积病中也变得清晰,这些疾病是由编码溶酶体酶的基因突变引起的。LSD通常由仅一种溶酶体酶的活性缺乏引起,但通常影响多器官系统,包括中枢神经系统。
基于观察到脊索空泡是LRO,其在脊索瘤和脊索瘤来源的细胞系中仍然即这些空泡可能有助于这种肿瘤的治疗抵抗。根据细胞的变换导致一系列在溶酶体区室的变化,其最终导致溶酶体体积增加物。为了筛选可能分别影响脊索瘤中生理学或溶酶体形态的突变,海外医疗网研究人员对已知参与溶酶体功能,自噬和LSD的一组基因进行了突变分析。化学治疗药物的溶酶体螯合作用是不同类型肿瘤的耐药机制。负责耐药性的溶酶体的主要特征是高酸性pH。酸性pH是溶酶体酶的最佳活性所必需的,但也导致疏水性弱碱化学药物在溶酶体中的积累而不是其期望的目的地。溶酶体也被视为攻击用于癌症治疗的潜在点,由于溶酶体的癌细胞中的膜是不是比非转化细胞物。溶酶体是向溶酶体膜通透化,这导致溶酶体酶的释放到胞质溶胶和-非凋亡溶酶体细胞死亡的随后诱导物。尚未研究脊索瘤中可能的溶酶体相关化学抗性。几种脊索瘤细胞系中大量的空泡和溶酶体。单独或与多柔比星联合检测抗疟疾药物氯喹对脊索瘤细胞系的细胞毒性。当溶酶体被CHQ饱和时,CHQ会升高溶酶体的pH值,从而损害溶酶体的功能并抵消其他弱碱性药物的积累。CHQ对乳腺癌细胞的影响,并证明了CHQ的浓度依赖性影响,以提高内体pH,并抑制内体中多柔比星的螯合作用。由于抑制溶酶体和自噬体之间的融合事件,CHQ也是自噬的有效抑制剂。自噬也被认为是恶性细胞的潜在治疗抵抗机制。测试CHQ在体内与已建立的抗癌药物联合作用的效果。展示了对脊索瘤中溶酶体的综合分析,并提供了脊索瘤细胞是否对CHQ联合标准化疗敏感的数据。
使用溶酶体示踪剂在活细胞中酸性细胞器的染色显示此染料的大量积累在几个测试脊索瘤细胞,这表明酸性细胞器,包括溶酶体,核内体,自噬体和有趣的是还吞噬体。特别是在U-CH2细胞的培养物中,经常观察到含有细胞和核碎片的吞噬体-酸性囊泡。脊索瘤细胞显然能够进行吞噬作用,这可能有助于清除脊索瘤组织中的死细胞。
脊索瘤细胞中的酸性细胞器主要位于核周区域。脊索瘤细胞中的巨大空泡-特别是在U-CH2细胞系中普遍存在-没有积累LT,排除它们作为疏水性弱碱化学治疗药物的陷阱。尽管脊索空泡需要酸化才能进行生物合成,但它们也不能隔离LT染料,这表明非酸性pH值。假设是在脊索瘤细胞系中观察到的巨大空泡确实是脊索空泡的残余物。LAMP1免疫荧光染色显示与LT染色相似的结果。所有测试的脊索瘤细胞系显示具有显着核周积累中。巨大的囊泡对LAMP1明显呈阳性,证实了它们的溶酶体性质。高压冷冻使研究人员能够表征脊索瘤细胞系中囊泡的超微结构尽可能接近天然状态。所有四种细胞系都表现出大的空泡,具有不均匀的超微结构和含量。例如,MUG-CC1细胞显示大的和小液泡,溶酶体和嵌入在糖原区域。UM-Chor1细胞还具有包含在糖原区域的丰富溶酶体。异构液泡和线粒体一起溶酶体构建此电池系统内的一种网络与迄今未知生物学作用。为了可视化线粒体和溶酶体之间的联系,研究人员创建了2.14UM-Chor1细胞系的3D重建模型。在MUG-Chor1和MUG-CC1中分别涉及溶酶体生理学和LSD发病机理的基因的突变分析未发现与LSD相关的任何明显的致病突变。由于已经证明编码不同溶酶体酶的基因突变导致溶酶体中废物的积累导致空泡化,不能完全排除研究人员的方法未涵盖的其他基因突变与表型的因果关系。不能排除由于转化导致的基因表达改变有助于脊索瘤细胞中溶酶体系统的独特表型的可能性。脊索瘤细胞系的巨大溶酶体质量和空泡化是脊索的残余,而不是转化的结果。
关于溶酶体的核周累积,表明溶酶体定位协调细胞营养反应。他们发现mTORC1-a通路的激活估计在约65%的脊索瘤中被激活营养素与其在外周溶酶体上的存在相关,而饥饿导致溶酶体的核周聚集。尚未评估脊索瘤细胞系中mTORC1的活化状态,并且还不知道,体外脊索瘤细胞系中溶酶体的核周聚集是否反映了脊柱微环境中的体内情况。
周期性酸希夫染色表明MUG-Chor1和U-CH2细胞中存在大量糖原,因为细胞质的紫红色深染色。还检测了MUG-CC1和UM-Chor1细胞的糖原阳性,但与MUG-Chor1和U-CH2细胞相比具有较低的强度。除细胞系外,脊索瘤肿瘤组织用PAS染色并且还呈现深紫色-洋红色染色,证明糖原储存是脊索瘤的特征,在已建立的脊索瘤细胞系中维持。描述了几种用于糖原检测的技术,包括电子显微镜,其代表能够显示细胞的精细结构,尤其是细胞内糖原的位置的唯一技术。ELMI被用来确认由组织化学获得的结果和表明糖原存储在脊索瘤细胞在小的和大焦沉积物形式的细胞质。ELMI分析显示自噬细胞,自噬体和液泡中存在糖原,表明通过脊索瘤细胞中的自噬“收获”细胞糖原储存。除了通过糖原磷酸化酶的作用细胞质酶促降解糖原外,自噬和随后的α-葡萄糖苷酶对糖原的溶酶体消化是动员细胞糖原储存的第二种机制。有些出版物建议glycophagy充当新生动物葡萄糖稳态机制。但在成年动物中也存在关于肝脏饥饿期间食物吞噬作用的数据以及体力负荷下的骨骼肌。在几种肌病中描述了含有糖原的自噬和溶酶体囊泡的积累。上述列举疾病的病理学与糖原代谢之间的确切联系仍不清楚。一个充分描述的溶酶体中糖原积累的机制是GAA基因中的突变,其编码α-1,4-葡糖苷酶。由于在该基因中没有发现突变,因此脊索瘤细胞中糖原的显着积累也可能是脊索细胞的残余类似于广泛的空泡化而不是脊索瘤细胞的病理特征。人类脊索在脊柱发育中的功能意义。他们还研究了人类脊索中的糖原储存随着时间的推移和有趣地发现,脊索细胞在10周内变为PAS反应阳性,其持续至少21周并随后消失。尽管脊索瘤中的糖原储存相当于脊索的残留,但是在各种其他肿瘤实体中也描述了大量的糖原,例如乳腺癌,肾癌,子宫癌,膀胱癌,卵巢癌,皮肤癌和脑癌细胞。肿瘤细胞中糖原储存的病理生理学意义仍然存在争议。
由于脊索瘤是罕见的,甚至不存在关于CHQ对该肿瘤的细胞毒性或作用的体外数据。特别是鉴于内溶酶体系统的复杂性和自噬在脊索瘤糖原代谢中的潜在作用,研究人员分析了CHQ对MUG-Chor1和MUG-CC1细胞增殖的影响。CHQ作为化疗药物多柔比星可能的化学致敏剂的作用。CHQ剂量依赖性地抑制两种测试细胞系的生长。与不同组织来源的其他癌细胞系获得的结果相比,脊索瘤细胞系的生长抑制相当弱。多柔比星也抑制具有相似强度的两种细胞系的生长。为了测试CHQ和多柔比星的协同作用,研究人员用两种药物的混合物处理细胞。使用最高单一试剂模型测试可能的药物相互作用。一个弱,但显著的协同效应中,而不是在MUG-CC1细胞系。研究人员获得的数据并未表明CHQ可能是治疗脊索瘤的治疗选择。由于脊索瘤细胞的溶酶体质量巨大,在药物治疗窗内CHQ浓度不能达到酸性细胞器与CHQ的饱和。这一假说是由研究人员的观察结果的支持,该溶酶体示踪剂的强度?在MUG-CC1细胞系染色比点心CHOR1细胞强得多。这仅适用于CHQ,但不适用于多柔比星,其以类似方式抑制两种测试细胞系的生长。溶酶体药物螯合和自噬在乳腺癌细胞中对阿霉素的抗性中的作用。当CHQ没有溶酶体饱和时,在这些细胞中也没有抑制自噬。CHQ获得有希望的结果,脊索瘤的巨大溶酶体质量实际上可能代表药物靶标,值得在进一步研究中进行测试。溶酶体是“细胞自杀袋”;和脊索瘤细胞的特点是巨大的溶酶体质量。为了激活脊索瘤细胞中的溶酶体“自杀袋”,酸性鞘磷脂酶的功能性抑制剂具有特殊的未来兴趣。FIASMA包含大量分子,包括一些FDA批准的药物,如三环类抗抑郁药或抗组胺药。阻断SMA使溶酶体膜不稳定并有利于诱导由溶酶体酶释放引发的非凋亡性溶酶体细胞死亡-证明溶酶体作为“自杀袋”的声誉。
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