钙池调控钙内流对丁酸钠诱导大肠癌细胞凋亡调控机制的研究

Sodium butyrate (NaB) as one of the end products of dietary fiber induces apoptosis in various types of cancer cells, including colorectal cancer, breast cancer cells. However, the mechanism of action remains unclear. store-operated Ca2+ entry（SOCE) refers to the phenomenon that depletion of intracellular Ca2+ stores activates Ca2+ channels in the plasmamembrane as a compensatory mechanism to refill the internal Ca2+ store. Previous studies have suggested that NaB triggers colon cancer cell apoptosis in an SOCE-dependent manner. however, the exact mechanism have not yet been elucidated comprehensively. The purpose of this study is to explore the effect of change SOCE activity on apoptosis rate and intracellular free Ca2+ concentration in vitro experiments, such as RNA interference，plasmid transfection, Ca2+ imaging, and the effect of NaB on activity of STIM1, Orai1, Calpain, caspase. And then study the effect of NaB on SOCE and in vivo tumorigenicity of nude mice. The purpose of this study is understand the molecular pathogenesis of NaB-induced apoptosis in colorectal cancer cells, and provide scientific and theoretical basis for the clinical development of NaB treatment of colorectal cancer drugs.

丁酸钠（sodium butyrate,NaB）作为膳食纤维在肠道内的代谢产物之一，可诱导大肠癌等多种肿瘤细胞凋亡。钙池调控钙内流(Store-operated Ca2+ entry, SOCE)是指内质网中Ca2+浓度下降诱发细胞外Ca2+内流过程，可调控细胞生长、凋亡等功能。本研究的前期结果提示，SOCE 在NaB促大肠癌细胞凋亡过程中发挥一定作用，但其具体机制不明。本研究拟通过体外实验，如RNAi、质粒转染、Ca2+成像技术等方法，探讨改变SOCE 活性对大肠癌细胞凋亡率和细胞内游离Ca2+浓度影响，以及NaB 对STIM1、Orai1、Calpain、Caspase 等活性影响；进而通过体内裸鼠成瘤试验研究调节SOCE 活性对NaB 体内抗肿瘤活性的影响。项目目标是明确SOCE 在NaB 促大肠癌细胞凋亡中的作用机制，为临床上开发NaB 为大肠癌的治疗药物提供科学的理论依据。

大肠癌是全球范围内最常见的恶性肿瘤之一。丁酸钠（sodium butyrate, NaB）作为膳食纤维在肠道内的代谢产物之一，可诱导大肠癌和乳腺癌等多种肿瘤细胞凋亡。钙池调控钙内流（store-operated calcium entry, SOCE）是指内质网（endoplasmic reticulum，ER）中钙浓度下降诱发细胞外钙内流过程，可调控细胞生长、凋亡等功能。本项目主要探讨SOCE在NaB促大肠癌细胞凋亡中的作用及其机制，为临床上开发NaB作为大肠癌的治疗药物提供科学的理论依据。本项目的主要研究内容包括，明确SOCE在NaB诱导大肠癌细胞凋亡过程中的作用并探讨其机制，进一步通过体内试验进行确证。取得的主要结果：①证实SOCE参与NaB诱导大肠癌细胞凋亡过程。NaB可诱导大肠癌细胞凋亡，并具有时间和剂量依赖性；NaB可降低大肠癌细胞ER中游离Ca2+浓度以及升高胞质内游离Ca2+浓度；采用Ca2+螯合剂（EGTA和BAPTA-AM）、SOCE抑制剂（2-APB和SKF96365）、下调STIM1表达等预处理可显著降低NaB促发的细胞质中Ca2+的升高，以及NaB促大肠癌细胞凋亡作用。②明确NaB通过SOCE促大肠癌细胞凋亡机制。NaB可引起SOCE的关键分子STIM1的移位，并与Orai1具有共定位现象，但不改变STIM1和Orai1的表达量；SOCE主要通过调控m/μ-calpain、Pan-calcineurin等钙离子相关蛋白的活性从而参与NaB诱导大肠癌细胞凋亡。③证实NaB可通过促发ER应激诱导大肠癌细胞自噬。用荧光染料检测自噬溶酶体、透射电镜检测自噬体方法表明NaB可引起大肠癌细胞自噬；NaB可引起ER应激标志分子GRP78/Bip和IRE1表达上调；用ER应激的阻断剂预处理，可显著降低NaB诱导大肠癌细胞自噬；用自噬抑制剂预处理大肠癌细胞，可显著增强NaB促大肠癌细胞凋亡作用。综上所述，NaB通过SOCE改变ER和细胞内游离Ca2+浓度，继而调控calpain等蛋白的活性，最终诱导大肠癌细胞凋亡；NaB也可通过ER应激促发大肠癌细胞自噬，抑制自噬可增强NaB促凋亡作用。以上研究成果具有一定的应用前景，为临床上开发NaB为大肠癌的治疗药物提供新靶点和理论依据。为指导我国居民合理摄入富含膳食纤维的食物提供指导。