HMGB1调控急性髓系白血病细胞铁死亡的分子机制

Exploring the molecular mechanism of programmed cell death is one of the hot topic in cancer research. Ferroptosis is a recently recognized form of programmed cell death and remarkably distinct from other types of cell death such as apoptosis, necroptosis, and autophagic cell death at morphological, biochemical, and genetic levels.Understanding the molecular mechanisms and signaling pathways of ferroptosis may provide new diagnostic and therapeutic approaches to regulate cell survival and death in cancer. Recently we found and reviewed that ferroptosis-mediated acute myeloid leukemia and cancer cells death. Erastin-induced ferroptosis promoted high mobility group box-1 (HMGB1) release in acute myeloid leukemia (AML) cell line (HL-60,NRAS_Q61L). Based on these findings, we hypothesize that HMGB1 regulates AML HL-60 (NRAS_Q61L) cell death by ferroptosis. To explore the subcellular localization and function of HMGB1 for erastin induced ferroptosis at the molecular, cellular and whole animal level, we will use several methods and tools including gene transfection, RNA interference, electron microscopy, western blot, and so on. We will determine the signal pathways of endogenous HMGB1 (e.g.,ROS,MAPKs and autophagy ) and the structural basis and signal receptors of exogenous HMGB1-mediated ferroptosis of AML cells. We hope to reveal a new function of HMGB1 in leukemia, and provide new ideas for targeted therapy and overcomed chemoresistance.

探寻程序性细胞死亡的分子机制一直是肿瘤研究的热点。铁死亡是新近发现的一种不同于凋亡、坏死和自噬的铁依赖性氧化损伤的程序性细胞死亡方式，与肿瘤的生存关系密切。项目组在《Mol Cell Oncol》、《Cell Death Differ》杂志报道及综述了铁死亡参与急性髓系白血病等肿瘤细胞死亡，白血病细胞铁死亡过程中伴随高迁移率族蛋白B1（HMGB1）释放。申请者在此基础上进一步提出“HMGB1调控急性髓系白血病细胞铁死亡”的科学假说，拟采用基因转染、RNAi、电镜、western blot等方法，探讨白血病细胞铁死亡时HMGB1定位改变机制及功能意义，其中内源性和外源性HMGB1如何调控铁死亡是研究重点。内源性HMGB1侧重对活性氧等机制研究，外源性侧重于阐明HMGB1分子结构、信号受体与铁死亡的关系。开展本项目可揭示HMGB1在白血病中的作用新机制，为白血病靶向治疗及克服耐药提供新思路。

HMGB1是一类含量丰富的核蛋白，在多种肿瘤中过表达，与肿瘤的发生发展、病灶大小、浸润及淋巴转移密切相关，HMGB1在肿瘤尤其是在白血病发生发展及耐药中的作用一直是课题组研究重心。肿瘤多药耐药（MDR）的产生是肿瘤治疗失败和复发的主要原因。其中程序性细胞死亡与肿瘤生存死亡及MDR有重要的关系。铁死亡是新近发现的一种不同于凋亡和自噬的铁依赖性氧化损伤的程序性细胞死亡方式，与肿瘤的生存死亡关系密切，以脂质过氧化和细胞内铁过载为特征。铁死亡诱导剂erastin能促进白血病细胞HL-60/NRASQ61L内活性氧（ROS）的释放及HMGB1从细胞核向细胞浆的移位，进而促进白血病细胞的化疗敏感性；敲低内源性HMGB1减少了erastin诱导的ROS产生和细胞死亡。敲低内源性HMGB1或RAS基因，或使用JNK通路和p38通路的特异性抑制减少了白血病细胞HL-60/NRASQ61L的转铁蛋白受体1水平，抑制了铁死亡的发生。同时研究发现，HMGB1在甲状腺癌组织较癌旁组织高表达，并与淋巴结转移和临床分期密切相关；HBSS增强了甲状腺癌细胞FTC-133/TPC-1 ROS依赖的自噬，并促进了HMGB1的核质移位；敲低内源性HMGB1抑制了自噬及钠碘转运转运蛋白NIS 的降解，并促进细胞对碘化物的吸收，增强治疗敏感性。在胰腺癌细胞中，低氧诱导了NRF-1/TFAM的表达，增加了胰腺癌线粒体的数量，提高了mtDNA拷贝数和ATP含量。而HMGB1的敲低则抑制了这种诱导作用，敲低HMGB1的表达降低了缺氧诱导的PGC-1α/SIRT1表达和活性及AMPK的磷酸化。研究通过联合应用AMPK激活剂和SIRT1激活剂，表明HMGB1在缺氧条件下通过AMPK/SIRT1通路调控线粒体生物发生。以上研究阐明了HMGB1在不同肿瘤发生发展及化疗耐药的作用新机制，为白血病克服化疗耐药、甲状腺癌增敏治疗及胰腺癌的临床治疗，提供了新的理论思路，较为圆满的完成了结题。