top of page

閱讀:氫氣通過靶向SMC3抑制肺癌進展


醫護人員正在討論肺部的X光片
示意圖:醫護人員正在討論肺部的X光片

Hydrogen gas inhibits lung cancer progression through targeting SMC3 - Biomedicine & Pharmacotherapy 氫氣通過靶向SMC3抑制肺癌進展-生物醫學與藥物治療。 這篇論文研究了氫氣對肺癌進展的影響以及其作用機制。研究人員發現,氫氣能夠抑制肺癌細胞的增殖和轉移。進一步研究發現,氫氣通過調節SMC3蛋白的表達,抑制了肺癌細胞的增殖和轉移。此外,氫氣還能夠降低肺癌細胞中的ROS(活性氧物種)水準,進一步抑制肺癌的進展。 原文請用 Google 搜尋


SMC3蛋白是一種受到高度保守的基因編碼的蛋白質,屬於SMC(structural maintenance of chromosomes)家族的一員,與SMC1和SMC2等蛋白一起形成一個高度保守的三聚體結構,參與調節染色體的結構和功能,維持基因組的穩定性。 SMC3蛋白主要存在於染色體上,與SMC1和SMC2相互作用形成一個稱為cohesin的蛋白複合物,cohesin複合物可以在染色體複製和有絲分裂過程中起到重要的作用。在染色體複製過程中,cohesin複合物可以將複製的姊妹染色單體牢固地結合在一起,確保每個姊妹染色單體在有絲分裂過程中被平等地分配到細胞的兩個子細胞中。此外,cohesin複合物還參與染色質的組織和調節,維持基因表達的穩定性和細胞的正常功能 SMC3蛋白在生物學研究中有著廣泛的應用,可以用作判定基因組編輯的效率、監測細胞有絲分裂的進程和分裂錯誤等。

本文為導讀研究者文獻,任何疑問勿擅自解讀請向醫師或專業人員詢問。


前言


肺癌是世界上最常見的癌症之一,也是導致癌症相關死亡的主要原因之一。目前的治療方法包括手術切除、放射線治療和化學治療等,但是這些治療方法都存在諸多副作用和限制。因此,尋找新的治療方法對於肺癌的治療至關重要。


氫氣、氫水在近年來被廣泛研究,並被認為具有許多生理和病理學上的效應。特別是在腫瘤治療方面,氫氣的抗氧化和抗炎作用已經得到了廣泛的關注。然而,氫氣對肺癌進展的作用和作用機制仍然不清楚。


SMC3蛋白是一種在染色體有絲分裂中起重要作用的蛋白,其參與了染色體的連接和分離。最近的研究表明,SMC3蛋白在多種腫瘤中也起著重要的調控作用,包括肺癌。


本研究旨在探討氫氣對肺癌進展的影響以及其作用機制,特別是與SMC3蛋白的關聯性。我們希望通過這項研究為肺癌的治療提供新的思路和方法。


Hydrogen gas inhibits lung cancer progression through targeting SMC3 -Biomedicine & Pharmacotherapy
Hydrogen gas inhibits lung cancer progression through targeting SMC3 -Biomedicine & Pharmacotherapy

實驗材料與方法

  • 細胞培養:研究人員使用人類肺癌細胞株進行實驗。細胞在含有不同濃度氫氣的培養箱中進行培養,以研究氫氣對細胞增殖和轉移的影響。

  • 肺癌模型建立:使用裸鼠作為實驗動物,人工引入人類肺癌細胞株形成肺癌模型。

  • 免疫螢光染色:使用免疫螢光染色技術檢測細胞中SMC3蛋白的表達情況。

  • Western blot:使用Western blot技術檢測細胞中SMC3蛋白的表達情況及ROS的含量。

  • 細胞增殖和轉移測試:使用CCK-8試劑箱檢測細胞增殖能力,使用細胞遷移和入侵試劑箱測試細胞轉移能力。

  • 氫氣處理:在實驗中使用氫氣氣體處理細胞和動物模型。

  • 統計分析:使用統計學方法對實驗數據進行分析,確定實驗結果的顯著性。

以上實驗方法用於評估氫氣對肺癌進展的影響以及其作用機制,特別是與SMC3蛋白的關聯性。


統計與分析


該論文中使用了多種統計方法對實驗數據進行分析,以下是部分主要的統計分析結果:

  • CCK-8試驗:氫氣處理能夠抑制肺癌細胞的增殖,且氫氣濃度越高,抑制效果越明顯。統計分析顯示,氫氣處理組的細胞增殖能力明顯低於對照組(P < 0.05)。

  • 細胞遷移和入侵試驗:氫氣處理能夠抑制肺癌細胞的轉移能力,且氫氣濃度越高,抑制效果越明顯。統計分析顯示,氫氣處理組的細胞轉移能力明顯低於對照組(P < 0.05)。

  • 肺癌模型:氫氣處理能夠顯著抑制裸鼠體內肺癌細胞的生長和轉移。統計分析顯示,氫氣處理組的腫瘤體積和肺轉移率明顯低於對照組(P < 0.05)。

  • SMC3蛋白表達:氫氣處理能夠抑制SMC3蛋白在肺癌細胞中的表達,且氫氣濃度越高,抑制效果越明顯。統計分析顯示,氫氣處理組的SMC3蛋白表達明顯低於對照組(P < 0.05)。

綜合以上統計分析結果可以得出,氫氣能夠通過抑制SMC3蛋白的表達來抑制肺癌的增殖和轉移,進而延緩肺癌的進展。


結果


因著作權的關係,您可能要從文標題Hydrogen gas inhibits lung cancer progression through targeting SMC3 - Biomedicine & Pharmacotherapy搜索本篇文獻的原始檔案參照本篇導讀。 Google 搜尋

  • 圖1 該圖表明,氫氣對A549和H1975肺癌細胞的增殖和凋亡有明顯的影響。通過CCK-8實驗,顯示在不同濃度下(20%、40%、60%和80%),氫氣可以減緩肺癌細胞的增殖。在20%和40%濃度下,細胞活性最高,但是在60%和80%濃度下,癌細胞活性明顯下降。在萃取的肺癌細胞中,通過培養細胞14天,顯示氫氣能夠顯著地降低A549和H1975細胞的克隆形成能力。此外,流式細胞儀檢測表明,氫氣能夠誘導A549和H1975細胞的凋亡,並且隨著濃度的增加,早期和晚期細胞凋亡率都有所提高。因此,這些結果表明,氫氣可以抑制肺癌細胞的增殖和誘導其凋亡,對於肺癌的治療有潛在的應用價值。

  • 圖2 該圖表明,氫氣對A549和H1975肺癌細胞的遷移、侵襲和細胞週期有顯著的影響。通過傷口癒合實驗,顯示不同濃度下的氫氣可以顯著減緩A549和H1975細胞的遷移。在20%和40%濃度下,氫氣的抑制效果最好,但是在60%和80%濃度下,對於A549和H1975細胞的遷移抑制效果反而下降。在轉移實驗中,顯示不同濃度下的氫氣可以顯著降低A549和H1975細胞的侵襲能力,其中40%和60%濃度下的效果最好。此外,流式細胞儀檢測表明,氫氣可以調節A549和H1975細胞的細胞週期。在20%和40%濃度下,細胞進入G0 / G1期的比例明顯上升,而在60%和80%濃度下,細胞進入S期和G2 / M期的比例明顯上升。這些結果表明,氫氣可以抑制肺癌細胞的遷移和侵襲能力,並且調節其細胞週期,進一步支持氫氣對肺癌治療的潛在作用。

  • 圖3 第三張圖主要呈現了使用RNA測序和qPCR確定H2和對照組之間的差異表達基因(DEGs)。其中,A)展示了在A549細胞中H2和對照組之間的DEGs的熱圖;B)則展示了A549細胞中H2處理和對照組之間DEGs的火山圖;C-D)則展示了在H2和對照組之間的細胞移動過程中的通路分析;E-F)則展示了在A549和H1975細胞中使用qPCR檢測的NIBPL、SMC2、SMC3、SMC4、SMC5和SMC6 mRNA水準。因此,第三張圖並未明確表示氫氣是正面的或負面的,而是通過比較DEGs和通路分析探討了H2的作用機制。

  • 圖4 該圖展示了在肺癌細胞系A549和H1975中,使用不同濃度的氫氣處理與對照組相比,蛋白質水準上SMC家族的表達變化情況。結果顯示,使用氫氣處理可以顯著抑制SMC2/3/4/5/6和NIBPL的蛋白質表達,這表明氫氣可以影響SMC家族的表達水準。同時,免疫螢光實驗進一步表明,氫氣的處理會影響SMC3在細胞中的亞細胞定位。這些結果為深入瞭解氫氣對肺癌細胞增殖、凋亡、遷移和侵襲等方面的影響提供了重要的線索和實驗依據。主要展示了氫氣處理對於肺癌細胞中特定蛋白質(SMC2/3/4/5/6和NIBPL)和細胞週期的影響。研究結果顯示,與對照組相比,氫氣組中這些蛋白質的表達水準有所降低,並且細胞週期受到了一定程度的調節。因此,從這個角度來說,研究結果可以被認為是對氫氣處理具有正面的效應,可能對肺癌治療具有潛在的應用價值。

  • 圖5 本研究的第五張圖顯示了氫氣對A549和H1975細胞中Cyclin D1、CDK4和CDK6蛋白水準的影響。通過Western blotting分析發現,在20%的氫氣處理下,Cyclin D1、CDK4和CDK6的表達水平均有所下降。這表明氫氣可能通過抑制細胞週期相關蛋白的表達來抑制肺癌的進展

  • 圖6 主要描述了氫氣對SMC3蛋白穩定性和泛素化水準的影響。具體實驗結果表明,在氫氣處理後,H1975和A549細胞中的SMC3蛋白穩定性增強,泛素化水準降低。因此,可以認為該圖表明氫氣對於肺癌細胞的治療具有積極的作用,對於抑制肺癌的進展和發展具有正面的效果。

  • 圖7 該圖顯示了使用OE-SMC3轉染後,在氫氣刺激下,對於肺癌細胞A549和H1975的增殖、遷移、侵襲和凋亡的影響。通過QPCR和西方墨點法檢測轉染效率,並使用刮痕實驗、Transwell實驗和流式細胞儀進行細胞移動、侵襲和凋亡的評估。根據結果顯示,氫氣和OE-SMC3轉染都能顯著促進肺癌細胞凋亡和抑制增殖、遷移和侵襲,進一步說明氫氣在治療肺癌中的正面作用。可以說圖7表明氫氣對A549和H1975細胞株的影響是正面的。

  • 圖8 表明氫氣在體內抑制了肺癌的發生。在實驗中,使用小鼠作為模型,分別給予不同處理的氫氣和順鉑*進行比較,觀察其對腫瘤形成的影響。結果顯示,氫氣可以抑制肺癌組織的病理形態,減少腫瘤的大小和重量,並減少肺癌組織中Ki-67和VEGF等增殖和侵襲標誌物的表達,同時降低了腫瘤內ROS的水準,並提高了SOD的水準。此外,氫氣還降低了腫瘤小鼠體內的發炎反應,顯示氫氣可以對肺癌產生積極的影響。因此,綜合來看,圖8支持氫氣對肺癌具有正面的影響 *「順鉑」指的是一種鉑金屬化學物質,也是一種化療藥物,常被用來治療許多不同種類的癌症,如卵巢癌、肺癌、乳腺癌等。它可以阻止癌細胞的生長和分裂,進而殺死癌細胞。

討論


該論文的討論部分主要探討了氫氣抑制肺癌進展的機制和臨床應用前景。


首先,作者指出氫氣能夠通過抑制SMC3蛋白的表達來抑制肺癌的增殖和轉移,這一結果與前期的研究相符合。作者進一步分析了SMC3蛋白的作用機制,發現SMC3蛋白能夠調控細胞週期,抑制SMC3蛋白的表達會抑制細胞週期進程,進而抑制肺癌細胞的增殖和轉移。


其次,作者探討了氫氣在臨床上的應用前景。氫氣具有生物相容性和生物可降解性,且能夠有效穿透細胞膜,因此具有應用潛力。作者指出,氫氣可能作為一種新型的抑癌劑,可單獨或與現有的治療方法結合使用,以提高治療效果。


最後,作者還討論了該研究的局限性和未來的研究方向。作者指出,本研究的實驗數據是在體外和動物模型中獲得的,因此需要進一步進行臨床實驗驗證氫氣的抗腫瘤效果。此外,作者還提出,未來的研究可以進一步探索SMC3蛋白的作用機制,以及氫氣對其他腫瘤的治療效果。


結論


該研究的結論是,氫氣能夠通過抑制SMC3蛋白的表達來抑制肺癌的增殖和轉移。『這一結果提供了一種新型的抗癌方法,可單獨或與現有的治療方法結合使用,以提高治療效果。』


該研究還指出,氫氣具有生物相容性和生物可降解性,且能夠有效穿透細胞膜,因此具有應用潛力。未來的研究可以進一步探索氫氣的抗腫瘤機制,並進行臨床實驗驗證其抗腫瘤效果。


該研究提供了一種新的抗腫瘤策略,為肺癌的治療和研究開辟了一個新的方向。

 

參考文獻

[1] R. Siegel, D. Naishadham, A. Jemal, Cancer statistics, CA Cancer J. Clin. 62 (1)(2012) 10–29 2012. (癌症統計)
[2] W.D. Travis, Pathology of lung cancer, Clin. Chest Med. 32 (4) (2011) 669–692.(肺癌病理學)
[3] I. Ohsawa, et al., Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals, Nat. Med. 13 (6) (2007) 688–694.(氫氣治療抗氧化劑)
[4] J. Cai, et al., Neuroprotective effects of hydrogen saline in neonatal hypoxia-ischemia rat model, Brain Res. 1256 (2009) 129–137.(氫氣治療對新生兒缺氧缺血性腦病變的神經保護作用)
[5] K. Hayashida, et al., Inhalation of hydrogen gas reduces infarct size in the rat model of myocardial ischemia-reperfusion injury, Biochem. Biophys. Res. Commun. 373 (1) (2008) 30–35.(氫氣治療對大鼠心肌缺血/再灌注損傷模型中心肌梗塞大小的縮小作用)
[6] W. Liu, et al., Combined early fluid resuscitation and hydrogen inhalation attenuates lung and intestine injury, World J. Gastroenterol. 19 (4) (2013) 492–502.(早期液體輸注聯合氫氣吸入可減輕肺和腸道損傷)
[7] T. Kawamura, et al., Inhaled hydrogen gas therapy for prevention of lung transplant-induced ischemia/reperfusion injury in rats, Transplantation 90 (12) (2010) 1344–1351.(氫氣治療對肺移植誘導缺血/再灌注損傷模型中大鼠肺移植後損傷的預防作用)
[8] T. Kawamura, et al., The effect of donor treatment with hydrogen on lung allograft function in rats, Surgery 150 (2) (2011) 240–249.(氫氣治療對大鼠肺移植後供體處理對肺移植功能的影響)
[9] M. Diao, et al., Hydrogen gas inhalation attenuates seawater instillation-induced acute lung injury via the Nrf2 pathway in rabbits, Inflammation 39 (6) (2016) 2029–2039.(氫氣治療通過Nrf2通路減輕兔子海水灌注誘導的急性肺損傷)
[10] Y. Kagami, M. Ono, K. Yoshida, Plk1 phosphorylation of CAP-H2 triggers chromosome condensation by condensin II at the early phase of mitosis, Sci. Rep. 7 (1) (2017) 5583.(PLK1磷酸化CAP-H2觸發早期有絲分裂時期的condensin II染色體凝縮)
[11] T. Hirano, Condensin-based chromosome organization from bacteria to vertebrates, Cell 164 (5) (2016) 847–857.(從細菌到脊椎動物的基於condensin的染色體組織)
[12] A.V. Strunnikov, R. Jessberger, Structural maintenance of chromosomes (SMC) proteins: conserved molecular properties for multiple biological functions, Eur. J. Biochem. 263 (1) (1999) 6–13.(染色體的結構維護(SMC)蛋白:多重生物功能的保守分子特性)
[13] M. Cioffi, et al., Identification of a distinct population of CD133+CXCR4+ cancer stem cells in ovarian cancer, Sci. Rep. (2015) 5.(在卵巢癌中識別出一個不同的CD133 + CXCR4 +癌症幹細胞族群)
[14] X. Li, et al., Lyn regulates inflammatory responses in Klebsiella pneumoniae infection via the p38/NF-kappaB pathway, Eur. J. Immunol. 44 (3) (2014) 763–773.(Lyn通過p38 / NF-kappaB途徑調節Klebsiella pneumoniae感染中的炎症反應)
[15] P. Kerpedjiev, et al., Adaptable probabilistic mapping of short reads using position specific scoring matrices, BMC Bioinform. 15 (2014) 100.(使用位置特定評分矩陣對短讀進行適應性概率映射)
[16] D. Kim, S.L. Salzberg, TopHat-Fusion: an algorithm for discovery of novel fusion transcripts, Genome Biol. 12 (8) (2011) R72.(TopHat-Fusion:一種發現新的融合轉錄本的算法)
[17] A. Mortazavi, et al., Mapping and quantifying mammalian transcriptomes by RNA-Seq, Nat. Methods 5 (7) (2008) 621–628.(RNA-Seq通過定量和定位哺乳動物轉錄組)
[18] Y. Benjamini, et al., Controlling the false discovery rate in behavior genetics research, Behav. Brain Res. 125 (1-2) (2001) 279–284.(在行為遺傳學研究中控制假陽性發現率)
[19] Y.L. Li, et al., MicroRNA-34a/EGFR axis plays pivotal roles in lung tumorigenesis, Oncogenesis 6 (8) (2017) e372. 微小RNA-34a/EGFR 軸在肺癌發生中扮演關鍵角色
[20] Y. Lin, et al., Cyclin-dependent kinase 4 is a novel target in micoRNA-195-mediated cell cycle arrest in bladder cancer cells, FEBS Lett. 586 (4) (2012) 442–447. 細胞周期蛋白依賴性激酶4是由微小RNA-195介導的膀胱癌細胞周期停滯的新靶點
[21] J. Mascarenhas, et al., Cell cycle-dependent localization of two novel prokaryotic chromosome segregation and condensation proteins in Bacillus subtilis that interact with SMC protein, EMBO J. 21 (12) (2002) 3108–3118. 兩種新的原核染色體分離和凝聚蛋白在 Bacillus subtilis 中的細胞周期依賴性定位,且與SMC蛋白相互作用
[22] T. Hirano, The ABCs of SMC proteins: two-armed ATPases for chromosome condensation, cohesion, and repair, Genes Dev. 16 (4) (2002) 399–414. SMC蛋白的 ABC:雙臂ATP酶在染色體凝聚、連結和修復中的作用
[23] V. Morales-Oyarvide, M. Mino-Kenudson, High-grade lung adenocarcinomas with micropapillary and/or solid patterns: a review, Curr. Opin. Pulm. Med. 20 (4) (2014) 317–323. 微小樣和/或實質樣式的高級別肺腺癌:一個綜述
[24] J. Kang, et al., pH-controlled hydrogen sulfide release for myocardial ischemia-reperfusion injury, J. Am. Chem. Soc. 138 (20) (2016) 6336–6339. pH控制的氫硫酸釋放對心肌缺血再灌注損傷的作用
[25] J. Gehring, et al., Sunlight-triggered nanoparticle synergy: teamwork of reactive oxygen species and nitric oxide released from mesoporous organosilica with advanced antibacterial activity, J. Am. Chem. Soc. 138 (9) (2016) 3076–3084. 日光觸發的奈米粒子協同作用:由介孔有機矽釋放的反應性氧化物和具有先進抗菌活性的一氧化氮合作
[26] M.C. Frost, M.E. Meyerhoff, Controlled photoinitiated release of nitric oxide from polymer films containing S-nitroso-N-acetyl-DL-penicillamine derivatized fumed silica filler, J. Am. Chem. Soc. 126 (5) (2004) 1348–1349.(聚合物薄膜中含有S-亞硝基-N-乙酰-DL-青黴素衍生的煙煤二氧化硅填料的光起始一氧化氮控制釋放)
[27] J. Fan, et al., A novel self-assembled sandwich nanomedicine for NIR-responsive release of NO, Nanoscale 7 (47) (2015) 20055–20062.(一種新型自組裝三明治納米醫學用於近紅外響應釋放NO)
[28] W. Fan, et al., X-ray radiation-controlled NO-release for on-demand depth-independent hypoxic radiosensitization, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 54 (47) (2015) 14026–14030.(X射線輻射控制的NO釋放對需求無氧放射增敏的深度獨立)
[29] B. Gharib, et al., Anti-inflammatory properties of molecular hydrogen: investigation on parasite-induced liver inflammation, C R Acad. Sci. III 324 (8) (2001) 719–724.(分子氫的抗炎特性:寄生蟲誘導的肝炎炎症的研究)
[30] E. Infante, G. Alkorta-Aranburu, A. El-Gharbawy, Rare form of autosomal dominant familial Cornelia de Lange syndrome due to a novel duplication in SMC3, Clin. Case Rep. 5 (8) (2017) 1277–1283.(因SMC3中一個新的重複引起的罕見的常染色體顯性家族性Cornelia de Lange綜合征形式)
[31] T. Hirano, At the heart of the chromosome: SMC proteins in action, Nat. Rev. Mol.Cell. Biol. 7 (5) (2006) 311–322.(在染色體的中心:SMC蛋白的行動)
[32] K. Nasmyth, C.H. Haering, Cohesin: its roles and mechanisms, Annu. Rev. Genet. 43 (2009) 525–558.(黏連素:其角色和機制)
[33] D.F. Hudson, K.M. Marshall, W.C. Earnshaw, Condensin: architect of mitotic chromosomes, Chromosome Res. 17 (2) (2009) 131–144.(縮短素:有絲分裂染色體的建構者)
[34] P. Vagnarelli, et al., Condensin and Repo-Man-PP1 co-operate in the regulation of chromosome architecture during mitosis, Nat. Cell Biol. 8 (10) (2006) 1133–1142.(凝集素和 Repo-Man-PP1 在有絲分裂期間協同調節染色體結構)
[35] G. De Piccoli, J. Torres-Rosell, L. Aragon, The unnamed complex: what do we know about Smc5-Smc6? Chromosome Res. 17 (2) (2009) 251–263.(未命名的複合體:我們對 Smc5-Smc6 了解多少?)
[36] A. Kon, et al., Recurrent mutations in multiple components of the cohesin complex in myeloid neoplasms, Nat. Genet. 45 (10) (2013) 1232–1237.(造血幹細胞的凝聚素複合體多個組分中的重複突變)
[37] M.D. Leiserson, et al., Pan-cancer network analysis identifies combinations of rare somatic mutations across pathways and protein complexes, Nat. Genet. 47 (2)(2015) 106–114.(泛癌症網絡分析識別出通路和蛋白質複合物中的罕見體細胞突變組合)
[38] S. Thota, et al., Genetic alterations of the cohesin complex genes in myeloid malignancies, Blood 124 (11) (2014) 1790–1798.(凝集素複合體基因在骨髓惡性腫瘤中的基因突變)
[39] T. Dasgupta, et al., HDAC8 inhibition blocks SMC3 deacetylation and delays cell cycle progression without affecting cohesin-dependent transcription in MCF7 cancer cells, J. Biol. Chem. 291 (24) (2016) 12761–12770.(HDAC8 抑制能夠阻止 SMC3 的去乙醯化並延緩細胞週期進程,而不影響 MCF7 癌細胞中的凝聚素依賴性轉錄)
[40] X. Qiu, et al., Hydrogen inhalation ameliorates lipopolysaccharide-induced acute lung injury in mice, Int. Immunopharmacol. 11 (12) (2011) 2130–2137.(氫氣吸入改善小鼠脂多糖誘導的急性肺損傷)

Comments


RSS

歡迎分享文章。如果您想複製或引用文章請附上出處網址連結

bottom of page