一氧化氮对肿瘤细胞放射敏感性的影响及其机制研究

Nitric oxide is a ubiquitous molecule capable of inducing a multitude of biological effects, and also plays an extremely critical role in the regulation of tumor evolution and progression. Nitric oxide (NO) is concerned with multiplicative signaling mechanisms which lead to the modifications of proteins. These protein changes are concentration-dependent. Sustained production of NO modulate apoptosis by activating caspases, whereas low or physiological concentrations of NO prevent cells from entering apoptosis. Our previous research has led to a signaling pathway model which attempts to describe the induction of radioresistance and the depression of chromosome aberrations via the action of p53 and NO radicals. However, these initial observations are very recent, and the detailed mechanisms which are responsible for the induction of cellular sensitivity to NO radicals are still not fully understood. The aim of the study described here was to clarify the effect of different doses of NO radicals on the induction of cellular sensitivity in cancer cells, and their possible molecular mechanisms related to p53, cell cycle and repair of NO-induced DNA double-strand breaks (DSBs). This research not only adds new contents to reveal the detailed mechanism in the radiosensitivity of tumor cells induced by the involvement of nitric oxide, but also lays the basis of theory and experiment for its clinical appliacation.

作为一种泛素化分子，一氧化氮可诱导许多生物学效应，并且在肿瘤的演化和进展中也起到非常重要的作用。一氧化氮可参与多个导致蛋白发生变化的信号转导机制。并且这些蛋白的变化是浓度依赖性的。不断产生的持续剂量的一氧化氮通过激活Caspase诱导凋亡；而生理浓度或者低剂量的一氧化氮则抑制细胞凋亡。我们以往的研究也表明细胞放射损伤抑制的产生和染色体畸变的降低可以用p53和一氧化氮的相互作用这一信号通路模式来阐述。然而一氧化氮对肿瘤细胞放射敏感性诱导的具体机制尚不十分清楚。本课题的目的是阐明不同浓度的一氧化氮对肿瘤细胞放射敏感性的影响以及与p53、细胞周期、DNA双链断裂修复相关的可能性机制，为揭示一氧化氮参与肿瘤细胞放射敏感性诱导的详细机制增添新内容，也为其临床应用奠定理论和实验基础。

由于肿瘤基因状态、乏氧以及细胞处于非增殖期等原因，在全部肿瘤中约1/3对放射线并不敏感，成为放射治疗的难点。因此，近年来，肿瘤的放射增敏治疗成为研究热点之一。一氧化氮作为一种新型泛素化分子，可诱导产生诸多生物学效应，且在肿瘤演化和进展中也能起到十分关键的作用。一氧化氮是否可以广泛用于肿瘤放射增敏及其相关机制研究，本课题以肿瘤细胞为研究对象，从细胞、亚细胞和分子水平等不同层面，探讨一氧化氮对肿瘤细胞放射敏感性的影响及其相关机制。本课题研究结果表明，高浓度一氧化氮可以通过p53依赖的凋亡、染色体畸变和DNA双链断裂诱导携带野生型p53基因（wtp53）肿瘤细胞的辐射增敏。也只有在wtp53肿瘤细胞中，低浓度一氧化氮能诱导辐射抑制，促使p53依赖性凋亡、染色体畸变和DNA双链断裂明显下降。同时，不同浓度的一氧化氮诱导的辐射后wtp53肿瘤细胞存活率、凋亡、细胞周期分布、染色体畸变和DNA双链断裂的变化在细胞周期的G2/M期最为敏感，而且一氧化氮对其影响与细胞的周期位置有着密切关系性。此外，DNA双链断裂修复基因乳腺癌易感基因2（BRCA2）是提高一氧化氮对肿瘤细胞增敏疗效有效靶向基因之一，BRCA2基因能修复一氧化氮导致的DNA双链断裂来维持肿瘤细胞的生存。本课题关于一氧化氮对肿瘤放射敏感性方面的研究成果，在肿瘤放疗增敏方面有广泛的临床应用前景，为提高肿瘤患者放疗疗效增加了新的选择，该项成果必将造福于人类。