台灣:發現GMI抗肺癌的最新作用機制──GMI能抑制β-catenin生成,促進EGFR陽性非小細胞肺癌凋亡

今年(2018)7月,中山醫學大學醫學研究所柯俊良教授的團隊在《Enviromnental Toxicology》發表了一篇報告證實,對於EGFR陽性的人類非小細胞肺癌細胞,不管其EGFR是正常型或突變型,來自小孢子靈芝(Ganoderma microsporum)的免疫調節蛋白GMI,都可通過抑制β-catenin表現量的方式,降低癌細胞的抗凋亡活性,把癌細胞推向窮途末路。這次的新發現,更加證明GMI這個由胺基酸組成的活性小分子蛋白,可以「多管齊下」制伏詭譎多變的非小細胞肺癌。

文/吳亭瑤

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今年(2018)7月,由中山醫學大學醫學研究所柯俊良教授及其團隊成員辛翌倫博士、許人婕碩士等共同發表在《Enviromnental Toxicology》的報告證實,對於EGFR陽性的人類非小細胞肺癌細胞,不管其EGFR是正常型或突變型,來自小孢子靈芝(Ganoderma microsporum)的免疫調節蛋白GMI,都可通過抑制β-catenin表現量的方式,降低癌細胞的抗凋亡活性,把癌細胞推向窮途末路。

含括肺腺癌和肺鱗癌在內的非小細胞肺癌,占所有肺癌患者的八成至八成五,可說是對人類最具威脅的癌症。

過去研究已證實,GMI既可抑制表皮生長因子EGF過度分泌所導致的人類肺腺癌細胞轉移,也能誘導人類肺腺癌細胞自噬而亡;與順鉑併用時,還可加強順鉑造成的肺腺癌細胞凋亡;甚至能透過降低EGFR表現量,抑制EGFR突變的人類肺腺癌細胞與肺鱗癌細胞。

因此這次的新發現,無疑是錦上添花,更加證明GMI這個由胺基酸組成的活性小分子蛋白,可以「多管齊下」制伏詭譎多變的非小細胞肺癌。

 

讓癌細胞生長失控的EGFR和β-catenin

同樣是非小細胞肺癌,惡性度卻大不相同,其中癌細胞表面上的「表皮生長因子受體EGFR」是否過度表現(呈現陽性),即是常見的關鍵差異之一。

當EGFR的數量愈多,癌細胞的增生存活能力就愈強。這是因為EGFR會受到生長因子(如EGF)刺激,活化細胞內的酪胺酸激酶(tyrosine kinase, TK),進而啟動細胞內一系列調控細胞生長的蛋白分子,促使癌細胞增生和轉移。

上述所說還是正常型(wild-type)的EGFR,一旦EGFR發生突變(mutated),那麼不需外來刺激,其本身就會自動自發、持續不斷地活化酪胺酸激酶,使癌細胞長得更快、更多,也更難以控制。

大家熟悉的肺癌標靶藥艾瑞莎(學名Gefitinib)和得舒緩(學名Erlotinib),正是透過標靶和EGFR聯動的酪胺酸激酶,把刺激癌細胞生長的訊息就此阻斷,進而抑制癌細胞生長。只是EGFR很容易發生突變,一旦突變,原有的標靶藥便無法發揮標靶作用而失去療效。

至於位處細胞內的β-catenin(β-鏈蛋白)異常表現,則被認為和肺癌的形成息息相關。正常情況下,游離在細胞質中的β-catenin數量很少,然而包括肺癌在內的多種癌細胞都被發現,細胞質與細胞核內都有β-catenin的異常堆積。

由於β-catenin會進一步調控和癌細胞存活、增生有關的基因──例如啟動具有抑制細胞凋亡的「抗凋亡基因」Survivin,以及促進cyclin -D1(細胞週期素D1)基因轉錄,加速癌細胞的增生等等──因此β-catenin的表現量,和癌細胞的存活與增生能力,密切相關。

先前已有研究發現,EGFR突變會提高β-catenin的表現量與活性,而當β-catenin受到抑制時,則會抑制EGFR突變的癌細胞生長。這意味β-catenin對於EGFR突變的肺癌會有如何進展,具有關鍵性的作用。

 

GMI降低β-catenin、Survivin和cyclin-D1的蛋白表現量

(1) 以GMI處理EGFR突變的非小細胞肺癌細胞

根據柯俊良團隊的研究顯示,不論是帶有突變型EGFR受體,且對酪胺酸酶抑制劑有高度敏感性的人類肺鱗癌細胞株HCC827,或是帶有雙重突變EGFR,但對酪胺酸酶抑制劑(TKI)有抗藥性的人類肺腺癌細胞株H1975,兩者在與GMI(劑量0.6或1.2μM)一起培養48小時後,β-catenin蛋白表現量均顯著減少,其下游的Survivin和cyclin-D1表現量也明顯降低(如圖1),並且能進一步促使癌細胞凋亡。

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圖1 GMI對於EGFR突變的非小細胞肺癌細胞
其β-catenin相關分子表現量的影響

〔說明〕AG1478為酪胺酸激酶抑制劑;p-EGFR(Tyr1068)代表被EGFR活化的酪胺酸激酶;p-Stat3(Tyr705)為酪胺酸激酶的下游蛋白分子。β-actin則是存在於正常肌肉細胞的肌動蛋白,在此實驗裡作為對照組。從實驗結果可以看出,GMI對於正常的肌動蛋白並無影響,但對於有助癌細胞增生和存活的酪胺酸激酶、Stat3、β-catenin、Survivin和cyclin -D1的蛋白表現量,都有顯著的抑制作用。


(2) 以GMI處理帶有正常型EGFR的非小細胞肺癌細胞

同樣的,對於帶有正常型EGFR受體、但來源不同的三種人類肺腺癌細胞株H1355、H1299和A549,GMI也能在48小時的處理後,使β-catenin和Survivin的蛋白表現量明顯減少(圖2),並能進一步啟動細胞凋亡(對H1355、H1299)或細胞自噬機制(對H1355、H1299和A549),把癌細胞推向死亡深谷。

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圖2 GMI對於帶有正常型EGFR非小細胞肺癌細胞
其β-catenin和抗凋亡基因Survivin表現量的影響

 

GMI活化凋亡蛋白酶caspase-7,細胞凋亡不復返

不管是正常細胞或癌細胞,其凋亡效應主要是由細胞內一系列的凋亡蛋白酶(caspase)負責啟動和執行,而caspase-7的活化,即與細胞凋亡的最終執行有關──表示細胞再也無法走回頭路,只能一步步把凋亡的步驟走完,死而後已。

根據柯俊良團隊的研究發現,經過GMI處理的幾個非小細胞肺癌細胞,不管是帶有正常型EGFR的人類肺腺癌細胞株H1355和H1299,還是帶有突變型EGFR的人類肺鱗癌細胞株HCC827,對於caspase-7都有不等程度的活化作用(圖3)。顯示GM確實能誘導非小細胞肺癌細胞凋亡。

圖3 GMI對於EGFR陽性的非小細胞肺癌細胞
凋亡蛋白酶caspase-7的影響

 

GMI讓β-catenin基因沉默,無法合成β-catenin蛋白

綜合上述實驗結果可知,GMI可以透過β-catenin蛋白表現量的抑制作用,限制EGFR陽性的非小細胞肺癌細胞的增生與存活,進而減緩病情惡化的速度,甚或讓病情獲得緩解。

只是,GMI是如何讓β-catenin的蛋白表現量降低呢?柯俊良團隊的研究發現,GMI並無法抑制β-catenin的基因表現。也就是在GMI的影響下,上述那些肺癌細胞的β-catenin基因表現還是一樣強勁。不過GMI卻能讓β-catenin基因「沉默」,無法進一步合成β-catenin蛋白;沒有蛋白,就無法發揮功能,β-catenin基因的表現也就不具威脅性了。

 

〔資料來源〕Hsin IL, et al. GMI, a fungal immunomodulatory protein from Ganoderma microsporum, induce apoptosis via β-catenin suppression in lung cancer cells. Environ Toxicol. 2018 Jul 4. doi: 10.1002/tox.22582.