〔柯俊良團隊2020研究成果〕靈芝蛋白GMI誘發細胞自噬,抑制抗藥性肺腺癌幹細胞的生長

Pemetrexed(愛寧達注射劑)是治療肺腺癌的第一線化療藥,根據中山醫學大學醫學研究所柯俊良教授的團隊今年(2020)五月發表在《British Journal of Cancer》(英國癌症期刊)的研究證實,GMI可以刺激「具有Pemetrexed抗藥性的肺腺癌細胞」產生過度的自噬作用,讓癌細胞在自體吞噬的過程中自我了斷,不僅抑制腫瘤的生長,同時也把肺癌幹細胞一併處理了。

文/吳亭瑤

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當癌細胞對某種化療藥產生抗藥性時,往往也意謂著癌細胞變得更加惡性和不可控。面對這樣的癌細胞,來自小孢子靈芝(Ganoderma microsporum)的免疫調節蛋白GMI似乎另有一套方法讓它們就犯。

中山醫學大學醫學研究所柯俊良教授、許國堂教授、辛翌倫博士、丘翎燕博士等在今年(2020)5月25日於《British Journal of Cancer》(英國癌症期刊)線上發表的研究證實,GMI可有效抑制「對化療藥pemetrexed(愛寧達注射劑)有抗藥性」的肺腺癌細胞存活與腫瘤生長,並削弱肺癌幹細胞的勢力,其主要的作用機制與促進癌細胞的細胞自噬有關。

這是繼GMI可抑制「對歐洲紫杉醇(克癌易注射劑)」和「對長春新鹼(敏克瘤注射液)」具抗藥性的肺腺癌細胞之後,第三度在期刊論文上展現GMI具有抑制抗藥性肺腺癌細胞增生的能力;同時這也是繼口腔癌幹細胞之後,學界再次證實GMI有辦法對付肺腺癌幹細胞。

 

GMI降低抗藥性肺腺癌細胞的存活率

體外實驗顯示,把GMI和抗化療藥pemetrexed人類肺腺癌細胞株A549/A400一起培養,癌細胞的存活數量顯著減少,其下降的幅度,和GMI抑制沒有抗藥性的肺腺癌細胞株A549的效果相差無幾(圖1、圖2)。

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【圖1】以GMI處理抗化療藥pemetrexed肺腺癌細胞株A549/A400,48小時後癌細胞的存活數量明顯減少,且與GMI劑量(0.3或0.6μM)呈正相關。

 

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【圖2】以不同劑量的GMI(0.3或0.6μM)處理沒有抗藥性的人類肺腺癌細胞株A549和有抗藥性的A400(A549/A400),48小時後兩組癌細胞存活率的下降幅度幾近一致。

 

誘導癌細胞「自噬」是GMI主要的抑癌機制

為什麼GMI能殺死具有抗藥性的肺腺癌細胞株A549/A400?實驗發現,GMI並不會誘導癌細胞凋亡,卻能促使癌細胞自體吞噬(圖3),使癌細胞因為過度的自噬作用,自己把自己給了斷了。

自噬作用(autophagy)是所有細胞的本能,藉由吞噬細胞中不重要的胞器作為養分在飢餓中求生,也藉由此作用把細胞不小心製造作誤或不夠精良的蛋白質回收再利用。因此適度的自噬作用有助細胞維持生存和品質,過度的自噬作用則會讓細胞自我銷毁。

GMI正是能刺激癌細胞產生過度的自噬作用,不斷打包細胞內的胞器形成所謂的自噬小體(autophagosome)等待分解(圖4),但因其數量多到遠超過負責分解的溶酶體(lysosome)所能負荷,最後使得細胞因為自噬小體堆積無法正常運作而難以存活。

由於此作用機制有別於一般化療藥常見的誘導細胞壞死或細胞凋亡,所以GMI才有機會收服那些會把化療藥擋在門外的癌細胞。

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【圖3】經GMI處理48小時的抗藥性肺腺癌細胞株A549/A400,會在細胞內形成大量的自噬小體,其數量愈多螢光訊號愈強(上圖),將此結果量化為下圖,顯示GMI可在0.3和0.6μM的劑量下讓A549/A400的自噬強度提高一到兩倍。

 

口服GMI可抑制抗藥性肺腺癌腫瘤生長

把對化療藥pemetrexed有抗藥性的人類肺腺癌細胞株A549/A400殖入免疫有缺陷的小鼠皮下,待7天形成腫瘤之後再以口服方式給予GMI,每天劑量160μg(溶於100μL的磷酸鹽緩衝生理鹽水PBS餵食),持續69天。另設有PBS組(每天餵食100μL的PBS)作為對照。

結果發現,GMI組不僅腫瘤生長緩慢(圖4a),實驗結束時的腫瘤體積(圖4b)和腫瘤重量(圖4c)也明顯比PBS組要減少許多。

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【圖4】GMI對抗藥性肺腺癌細胞株A549/A400在裸鼠體內形成腫瘤的抑制作用。

 

GMI可削弱肺癌幹細胞的勢力

癌幹細胞是癌細胞產生抗藥性的源頭,因此進一步將上述動物實驗取得的腫瘤組織進行切片染色,檢測肺癌幹細胞特有的分子標記CD133。CD133表現量的多寡,直接關係癌細胞的存活能力與增生能力。

結果如圖5所示,GMI組腫瘤組織裡的CD133分子並不像PBS組那麼多。為什麼GMI可以讓CD133分子大幅減少?究其原因發現,原來是癌細胞在自噬作用的過程中,把部分的CD133給回收分解了。

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【圖5】肺癌幹細胞特有的CD133分子在抗藥性肺腺癌腫瘤組織切片的表現量。

 

GMI為肺腺癌的治療提供更多的可能性

Pemetrexed是治療肺腺癌的第一線化療藥,而GMI可以刺激「具有Pemetrexed抗藥性的肺腺癌細胞」產生過度的自噬作用,讓癌細胞在自體吞噬的過程中自我了斷,不僅抑制腫瘤生長,同時也把主導整個癌細胞生長、轉移、抗藥的關鍵少數──肺癌幹細胞──也一併處理了,堪稱一絕。

對於罹患人口眾、治療難度高、可用藥物卻相對有限的肺腺癌來說,「抗藥性」的問題無疑是臨床治療的夢魘。對抗藥性肺腺癌細胞有效、同時具備低劑量、高安全性的GMI,無疑為肺腺癌的防治提供了更寬廣多樣的選擇。

 

〔資料來源〕Hsin IL, et al. CD133 inhibition via autophagic degradation in pemetrexed-resistant lung cancer cells by GMI, a fungal immunomodulatory protein from Ganoderma microsporum. Br J Cancer. Published online 2020 May 25.