世界生命科学前沿动态周报（二十五）

（ 09.20 --09.26 / 2010 ）
美宝国际集团:陶国新 

　　本周动态包括以下内容： 发现有望增强癌症 放疗效果的 胞浆型磷脂酶 A2 ； 靶向输送化疗药物的纳米载体； 检测人体生物钟的简单方法； Gfi1b 蛋白调节骨髓 干细胞的活性；端粒通过 Cdc13 蛋白招募端粒酶维持自身长度 。

1. 发现有望增强癌症 放疗效果的 胞浆型磷脂酶 A2
【摘要】

　　美国圣路易斯华盛顿大学医学院的科学家们近日发现了一种新的药物靶点，有望帮助增强顽固癌症的放射治疗效果。研究成果发表于美国《国立癌症研究所期刊》。

　　该药物靶点为胞浆型磷脂酶 A2 （ cPLA2 ），能够导致血液恶性肿瘤生长，并降低放射治疗的疗效。“我们最初的想法是找出那些促使肺癌和脑癌对放射疗法产生排斥作用的信号分子”，文章的主要作者 Dennis Hallahan 称，“我们注意到，在开始对肿瘤细胞进行放射性治疗不到两分钟内，就有 cPLA2 产生，并使肿瘤对放射疗法产生抵制”。

　　研究人员由此意识到，如果抑制 cPLA2 ，或许可以加大放射疗法治疗肺癌和脑癌的疗效。于是他们在正常小鼠体内和去除了 cPLA2 产生能力的小鼠体内分别植入肿瘤，然后对其进行放射疗法，并比较两者疗效。“通过实验我们发现，正常小鼠体内的肿瘤仍如预想般的生长，但在无法产生 cPLA2 的小鼠体内几乎检测不到肿瘤。” Hallahan 说。

　　紧接着，研究人员对基因改造小鼠进行了血管检查，发现血管本身没有任何异常，而更进一步的检测显示，控制血液流动的一种可收缩细胞不复存在了。“缺少这种细胞，血管仍然可以在肿瘤中生长，但血液无法流经肿瘤了”， Hallahan 称，“这意味着癌细胞将得不到营养而无法存活”。

　　研究人员已找到一种现成的药物可对 cPLA2 产生抑制作用，目前该药物已经进入第二期测试。接下来，他们将进一步研究 cPLA2 的作用机理，并对该抑制药物的效果作出评价。（来源 : 科学网 张笑）

【点评】

　　作为目前的三大癌症治疗手段之一，放疗的风险和收益一直是个难题，如果有可以提高放疗效果的方法，对于降低其剂量减轻对身体正常组织的损害有好处。 胞浆型磷脂酶 A2 的发现或许会在这方面有帮助。

【原文摘录】

J Natl Cancer Inst (2010) doi: 10.1093/jnci/djq290

Cytosolic Phospholipase A2 and Lysophospholipids in Tumor Angiogenesis

Amanda G. Linkous , Eugenia M. Yazlovitskaya and Dennis E. Hallahan

Abstract

　　Background Lung cancer and glioblastoma multiforme are highly angiogenic and, despite advances in treatment, remain resistant to therapy. Cytosolic phospholipase A2 (cPLA 2 ) activation contributes to treatment resistance through transduction of prosurvival signals. We investigated cPLA 2 as a novel molecular target for antiangiogenesis therapy.

　　Methods Glioblastoma (GL261) and Lewis lung carcinoma (LLC) heterotopic tumor models were used to study the effects of cPLA 2 expression on tumor growth and vascularity in C57/BL6 mice wild type for (cPLA 2 α +/+ ) or deficient in (cPLA 2 α −/− ) cPLA 2 α, the predominant isoform in endothelium (n = 6–7 mice per group). The effect of inhibiting cPLA 2 activity on GL261 and LLC tumor growth was studied in mice treated with the chemical cPLA 2 inhibitor 4-[2-[5-chloro-1-(diphenylmethyl)-2-methyl-1 H -indol-3-yl]-ethoxy]benzoic acid (CDIBA). Endothelial cell proliferation and function were evaluated by Ki-67 immunofluorescence and migration assays in primary cultures of murine pulmonary microvascular endothelial cells (MPMEC) isolated from cPLA 2 α +/+ and cPLA 2 α −/− mice. Proliferation, invasive migration, and tubule formation were assayed in mouse vascular endothelial 3B-11 cells treated with CDIBA. Effects of lysophosphatidylcholine, arachidonic acid, and lysophosphatidic acid (lipid mediators of tumorigenesis and angiogenesis) on proliferation and migration were examined in 3B-11 cells and cPLA 2 α −/− MPMEC. All statistical tests were two-sided.

　　Results GL261 tumor progression proceeded normally in cPLA 2 α +/+ mice, whereas no GL261 tumors formed in cPLA 2 α −/− mice. In the LLC tumor model, spontaneous tumor regression was observed in 50% of cPLA 2 α −/− mice. Immunohistochemical examination of the remaining tumors from cPLA 2 α −/− mice revealed attenuated vascularity ( P ≤ .001) compared with tumors from cPLA 2 α +/+ mice. Inhibition of cPLA 2 activity by CDIBA resulted in a delay in tumor growth (eg, LLC model: average number of days to reach tumor volume of 700 mm 3 , CDIBA vs vehicle: 16.8 vs 11.8, difference = 5, 95% confidence interval = 3.6 to 6.4, P = .04) and a decrease in tumor size (eg, GL261 model: mean volume on day 21, CDIBA vs vehicle: 40.1 vs 247.4 mm 3 , difference = 207.3 mm 3 , 95% confidence interval = 20.9 to 293.7 mm 3 , P = .021). cPLA 2 deficiency statistically significantly reduced MPMEC proliferation and invasive migration ( P = .002 and P = .004, respectively). Compared with untreated cells, cPLA 2 α −/− MPMEC treated with lysophosphatidylcholine and lysophosphatidic acid displayed increased cell proliferation ( P = .011) and invasive migration ( P < .001).

　　Conclusions In these mouse models of brain and lung cancer, cPLA 2 and lysophospholipids have key regulatory roles in tumor angiogenesis. cPLA 2 inhibition may be a novel effective antiangiogenic therapy.

2. 靶向输送化疗药物的纳米载体

【摘要】

　　北京时间 9 月 23 日消息，据物理学家组织网报道，化疗是当前治疗癌症的一种有效方法，不过它也存在一些不良副作用，例如恶心反胃、肝毒性和免疫系统功能下降等。特拉维夫大学的丹·皮尔、利莫纳·马格利特和同事们已经研究出一种可以直接把化疗药物输送到癌细胞，避免与健康细胞发生互动的“纳米车”，这种方法可在增加化疗效果的同时减少副作用。  

　　皮尔解释说：“这种载具就像集束炸弹。”在纳米车的里面是携带着化疗药物的纳米粒子，它可以把这些化疗药物直接释放到癌细胞里。据皮尔介绍，这种纳米粒子载具可以用来治疗多种不同类型的癌症，例如肺癌、血癌、结肠癌、乳腺癌、子宫癌、胰腺癌，甚至几种类型的大脑肿瘤。有关这种新纳米粒子及其在肿瘤治疗方面的应用的论文，发表在《生物材料》（ Biomaterials ）杂志上。

　　这种药物输送平台的关键是用来制造这种集束纳米粒子的外壳的分子——透明质酸 (Hyaluronan) 。 透明质酸是一种可被很多类型的癌细胞的受体识别的糖分子 。皮尔说：“当纳米载体与癌细胞的受体发生互动时，受体会发生结构变化，化疗药物会被直接释放到癌细胞里。”他解释说，这一研究结果把化疗的更多注意力集中在对抗病变细胞上。

 　　由于纳米粒子只对癌细胞起反应，因此周围的健康细胞不会受到化疗的影响 。皮尔表示， 这种纳米车本身是用天然油脂分子制成的，纳米粒子发生作用后，会在体内自行分解 ，因此这种疗法比当前的化疗方法更安全。通过患肿瘤的老鼠进行的试验发现，用透明质酸包裹、其内充满紫杉醇的纳米粒子，在阻止肿瘤生长方面比不含紫杉醇 ( 携带着紫杉醇的一种白蛋白纳米粒子 ) 的纳米粒子更有效。（来源：新浪科技 孝文）

【点评】

　　通过纳米技术设计具有特异选择性的药物载体，是提高化疗药物效果，降低其对健康细胞和组织的危害的有效手段。

【原文摘录】   Biomaterials Volume 31, Issue 27 , September 2010, Pages 7106-7114

Paclitaxel-clusters coated with hyaluronan as selective tumor-targeted nanovectors

Ilia Rivkin, Keren Cohen, Jacob Koffler, Dina Melikhov, Dan Peer, Rimona Margalit
　　Paclitaxel (PTX) is a widely used anti-tumor agent in the treatment of solid tumors. Lack of selective strategies to target PTX into tumor cells together with poor solubility necessitating detergent, are severe clinical limitations. To address these hurdles, we devised a strategy that utilized PTX insolubility, mixing it with lipids that self-assemble into nanoparticle-like clusters. These clusters were then coated with hyaluronan, a glycosaminoglycan (GAG), and termed PTX-GAGs. These particles, delivered PTX selectively into tumor cells in a CD44-dependent manner. Injected systemically to mice bearing solid tumors, the PTX-GAGs showed high safety profile and tumor accumulation. Tumor progression was exponential upon treatment with free PTX or PTX in albumin nanoparticles (the FDA-approved Taxol ® and Abraxane ® , respectively). Under the same conditions, PTX-GAGs induced tumor arrest and were as potent as a 4-fold higher Taxol ® dose. Our findings suggest GAGs merit further investigation as vehicles for taxanes, and may be applicable as carriers in other therapeutic settings.

3. 一种 检测人体生物钟的简单方法
【摘要】

　　头发能够帮助科学家检测人体的生物钟是否与人们的作息时间相一致 。最新的一项研究发现，头发的毛囊能跟踪人体的生物钟。这一发现或许能够用于治疗睡眠紊乱疾病，或者用于评估需要倒夜班的工人的健康问题。之前的研究者一直认为，人体的生物钟只存在于大脑中。但在上世纪 90 年代末期，科学家发现了掌管生物钟的基因之后，人们才开始相信 我们身体中的每个部位都存在着生物钟 。有关生物钟的实验，都是在老鼠身上进行的。人们已经将生物钟基因同体重增加、吸食大麻引起的时间丧失感等症状联系了起来。但还没有人能够在人身上直接做实验。这主要是因为要分析这些基因，需要进行一些可能引起人体痛苦的实验，比如一天中要抽几次血，或者取下一块皮肤来进行化验。

 　　 最近，日本山口大学的 Makoto Akashi 和他的同事找到了一种简单的方法研究人体的生物钟活动，他们把注意力集中到了头发上。研究者先后化验了从头皮或者胡须上拔下来的毛发，它们含有大量的毛囊细胞。在提取了这些细胞中的 RNA 后，研究者发现当受试者非常清醒的时候，生物钟基因的活动达到了高峰；而那些早上醒来最早的被试者，基因达到高峰的时间也最早。接下来，研究小组打破了一些健康人的睡眠规律，观察生物钟的变化情况。在为期 3 周的实验中，受试者被要求一天比一天睡得晚，然后研究者在受试者醒来的半小时后加一个人工光源来模拟太阳。在 3 周的实验结束后，受试者比最开始的时候晚睡了 4 个小时，而毛囊中生物钟基因的活动也相应地发生了变化，但只推迟了 2.5 个小时。研究人员将这一结果发表在最新出版的美国《国家科学院院刊》上。

  　　Akashi 的研究小组也在需要轮班工作的工人身上发现了同样的现象。这些人需要在第一周的早晨 6 点到下午 3 点上班，第二周则调整到下午 3 点到午夜上班，第三周再变回早晨上班。研究者发现，生物钟基因的活动比这些工人的生活规律延迟了 5 小时之多，这说明 3 周的时间不足以使人体生物钟适应新的生活节奏。

  瑞士日内瓦大学的生物学家 Ueli Schibler 表示，通过毛囊来跟踪生物钟的活动，能够帮助科学家更好地监测患者的睡眠紊乱或其他生物钟节律失调症状。因为这些基因能够控制人体的许多生理活动，比如器官的正常运转、消化活动等，这个研究成果或许能够帮助人们解释许多由生物钟引起的健康问题。（来源：科学时报 丁佳）

【点评】

　　通过检测毛囊细胞生物钟基因的表达跟踪人体生物钟的活动，监测生物钟节律的规律，对于研究生物钟对健康的影响以及如何调节生活节奏都是有帮助的。而且利用头发或胡须的毛发作为检测样本，伤害小又简单可靠。

【原文摘录】   PNAS vol. 107 no. 35: 15643-15648

Noninvasive method for assessing the human circadian clock using hair follicle cells

Makoto Akashi , Haruhiko Soma , Takuro Yamamoto , et al.

　　A thorough understanding of the circadian clock requires qualitative evaluation of circadian clock gene expression. Thus far, no simple and effective method for detecting human clock gene expression has become available. This limitation has greatly hampered our understanding of human circadian rhythm. Here we report a convenient, reliable, and less invasive method for detecting human clock gene expression using biopsy samples of hair follicle cells from the head or chin. We show that the circadian phase of clock gene expression in hair follicle cells accurately reflects that of individual behavioral rhythms, demonstrating that this strategy is appropriate for evaluating the human peripheral circadian clock. Furthermore, using this method, we indicate that rotating shift workers suffer from a serious time lag between circadian gene expression rhythms and lifestyle. Qualitative evaluation of clock gene expression in hair follicle cells, therefore, may be an effective approach for studying the human circadian clock in the clinical setting.

4. Gfi1b 蛋白调节骨髓 干细胞的活性
【摘要】 来源：《血液》 发布时间： 2010-9-26 13:31:26

　　加拿大蒙特利尔罕见疾病研究所（ IRCM ）造血与癌症研究部门负责人 Tarik Möröy 博士和他领导的科研小组在美国血液学协会的《血液》（ Blood ）期刊上发表论文称他们发现了一种 可调控造血干细胞特性的蛋白 ，有可能成为白血病治疗的新靶点。造血干细胞移植目前被广泛应用于恶性血液病、非恶性难治性血液病、遗传性疾病和某些实体瘤治疗。“造血干细胞能使白血病患者的造血系统重新恢复生成血细胞包括白细胞、红细胞及血小板，” Möröy 博士说。白血病或其他难治性血液病的患者最初要接受化疗，破坏自身的造血系统同时清除体内的异常细胞。造血干细胞通常通过两种不同的方式用于治疗。第一种是化疗前从患者处获得造血干细胞，化疗后再将自体干细胞移植给患者称之为重建造血细胞。 Khandanpour 说：“这种治疗方法的一个主要问题是从骨髓和外周血获得的造血干细胞通常处于休眠状态。为了获得足够数量的干细胞，不得不将骨髓中的造血干细胞动员释放到血液中才容易被收集。”

　　第二种方法是从健康供体处获得造血干细胞，在化疗后将它们移植到患者体内。通过外源细胞重建患者造血系统产生血细胞。“但是这种治疗通常有 10-20% 的失败机率。由于某些原因会导致移植的造血干细胞无法快速生成新的血细胞，从而引起患者发生感染和死亡。” Khandanpour 博士说。“我们发现 Gfi1b 蛋白可在骨髓中调控干细胞活性 ，” Khandanpour 说：“在小鼠中当我们关闭 Gfi1b 基因编码时，我们发现造血干细胞被激活，开始迅速扩增，离开骨髓进入血液中但却未失去功能。以这种方法操作造血干细胞活血能有效地促进干细胞治疗。”研究人员认为 Gfi1b 失活的移植干细胞可加速生成新的血细胞，从而使干细胞治疗更有效而降低患者的危险 。但是研究者们对调控干细胞休眠和动员的机制目前还不是很清楚。

　　“我们的下一个目标是详细研究敲除 Gfi1b 后细胞内的分子机制，更详细地了解 Gfi1b 调控造血干细胞定位和激活的机制，” Möröy 博士说：“我们的研究将有助于更好地了解干细胞动员和休眠的生物学机制，从而开发出对移植供体和患者有利的治疗方法。”根据加拿大白血病和淋巴瘤协会的调查，世界上每四分钟就有一个人被确诊患上血癌，而每 10 分钟就有一个人死于此类疾病。统计显示每年约有 54000 患上该类疾病。白血病在儿童和 20 岁作用青少年中死亡率远远高于其他癌症。

【点评】

　　发现 Gfi1b 蛋白可在骨髓中调控干细胞活性，促进干细胞休眠。对其作用机制的进一步研究有助于寻找提高白血病治疗效果的方法。

【原文摘录】 Blood 2010 : blood-2010-04-280305v1-blood-2010-04-280305.

Evidence that Growth factor independence 1b (Gfi1b) regulates dormancy and peripheral blood mobilization of hematopoietic stem cells
Cyrus Khandanpour, Ehssan Sharif-Askari, Lothar Vassen, et al.

Donor matched transplantation of hematopoietic stem cells (HSCs) is widely used to treat haematological malignancies, but is associated with high mortality. The expansion of HSC numbers and their mobilisation into the bloodstream could significantly improve therapy. We report here that adult mice conditionally deficient for the transcription factor Gfi1b, show a significant expansion of functional HSCs in the bone marrow and blood. Despite this expansion Gfi1b ko/ko HSCs retain their ability to self renew and to initiate multilineage differentiation, but are no longer quiescent and contain elevated levels of reactive oxygen species (ROS). Treatment of Gfi1b ko/ko mice with N-Acetyl-Cystein (NAC) significanty reduced HSCs numbers indicating that increased ROS levels are at least partially responsible for the expansion of Gfi1b deficient HSCs. Moreover, Gfi1b -/- HSCs show decreased expression of CXCR4 and VCAM-1, which are required to retain dormant HSCs in the endosteal niche, suggesting that Gfi1b regulates HSCs dormancy and pool size without affecting their function. Finally, the additional deletion of the related Gfi1 gene in Gfi1b ko/ko mice is incompatible with the maintenance of HSCs suggesting that Gfi1b and Gfi1 have partially overlapping functions but that at least one Gfi-gene is essential for the generation of hematopoietic stem cells.

5. 端粒通过 Cdc13 蛋白招募端粒酶维持自身长度
【摘要】 来源：《分子与细胞生物学》 发布时间： 2010-9-25 16:52:22

　　端粒（ telomere ）是真核生物染色体末端的一种特殊结构，其长度反映着细胞复制史及复制潜能，对细胞的分裂起决定作用，因而被称作细胞寿命的“有丝分裂钟”。了解端粒维持染色体完整和稳定的机制是衰老和癌症研究领域的关注焦点。费城威斯达研究所的科学家们近日报道了 Cdc13 蛋白关键区域的结构和功能，证实它通过固定在端粒 DNA 上招募复制酶维持端粒长度。研究论文在线发表于《分子与细胞生物学》（ Molecular and Cellular Biology ）杂志的封面上。  

　　费城威斯达研究所的研究人员证实 Cdc13 蛋白以二聚体形式与 DNA 相互作用进而调控端粒酶作用及端粒的长度。由于这一基本生命过程在进化过程中高度保守，研究人员选择在酵母基因上开展了实验研究。研究表明人类 Cdc13 蛋白有可能成为抗肿瘤治疗的一个理想的靶点。“ Cdc13 蛋白在维持和延长端粒中发挥重要的作用，”威斯达基因表达和调控计划助理教授，该研究的第一作者 Emmanuel Skordalakes 说：“人类 Cdc13 蛋白功能失常有可能导致衰老或是癌症，因为维持端粒长度是癌细胞获得永生化的重要方式。”

　　在论文中 Skordalakes 和他的同事们描述了 Cdc13 在端粒复制中的双重功能。首先，它可募集端粒酶复合物形成端粒末端保护，防止错误的染色体融合。此外， Cdc13 还可招募端粒酶和其他的相关蛋白延长端粒长度。

  　　当研究人员诱导 Cdc13 发生突变使其无法形成二聚体时，可导致端粒缩短从而加速酵母细胞死亡。当他们诱导突变抑制 Cdc13 二聚体与结合 DNA 分离则会导致端粒长度过度延长。研究人员认为 Cdc13 是通过调控 DNA 复制酶对端粒发挥作用。“ Cdc13 在维持端粒特性上发挥复杂的作用，维持正常细胞分裂与癌症之间的平衡，” Skordalakes 说。

  　　在细胞分裂中端粒发挥着重要的“生物时钟”作用。每次细胞分裂，端粒总是最先开始复制。但是由于细胞内蛋白质无法复制染色体末端的最后几个碱基，因而染色体 DNA 每复制一次就丢失一段端粒 DNA 序列，使得端粒逐渐缩短。如果没有端粒作为缓冲，染色体就有可能会丢失功能基因。基于此威斯达的一位科学家 Leonard Hayflick 在 1961 年提出细胞均存在“寿限”——这就是著名的“海弗利克极限”。

　　2008 年 Skordalakes 实验室第一次确定了端粒酶催化亚基的三维结构。端粒酶催化亚基可将短 DNA 序列添加到端粒 ，某些特异的尤其是在胚胎发育过程中的细胞均是通过端粒酶维持端粒长度。成人干细胞、某些免疫系统细胞以及癌细胞的端粒酶活性较高。

　　Skordalakes 发现 Cdc13 二聚体特性决定了蛋白质的核心功能——将端粒酶招募到端粒上。 Cdc13 二聚体存在多个不同亲和性的 DNA 结合位点。从而使得 Cdc13 横跨 DNA ，一部分紧密固定在 DNA 上，另一部分靠近 DNA 链末端与端粒酶结合。 Cdc13 的这一特性有助于将端粒酶招募至端粒。 Skordalakes 说：“你可以想象就如同你被悬挂在悬崖的边缘，一只手比另一只手更有力。你将用有力的手抓住悬崖边缘，而另一只手伸到口袋里面拿电话。 Cdc13 就是这样发挥作用的。”当 Cdc13 与端粒酶相互作用时原先与 DNA 结合的一端放开 DNA ，另一端则形成端粒酶 -Cdc13 复合物与染色体末端紧密结合从而使端粒酶到达端粒位置。“它在发挥保护作用的同时调控着端粒酶的功能。” Skordalakes 实验室仍在继续探索端粒的复杂生物机制，鉴定端粒延长过程中其他的必需蛋白质。此外，他们也在研发可阻断端粒酶和其他相关蛋白适用于癌症治疗的有潜力的小分子抑制剂。

【点评】

　　通过对端粒自我复制机制的越来越深入的了解，或许将来会发现可以维持端粒长度不变的方法，对于抗衰老和癌症研究有很大启示。

【原文摘录】  Mol. Cell. Biol. doi:10.1128/MCB.00515-10

Cdc13 N-terminal dimerization, DNA binding and telomere length regulation

Meghan T. Mitchell, Jasmine S. Smith, Mark Mason, et al.

The essential yeast protein Cdc13 facilitates chromosome end replication by recruiting telomerase to telomeres, and together with its interacting partners Stn1 and Ten1 protects chromosomes ends from nucleolytic attack, thus contributing to genome integrity. Although Cdc13 has been studied extensively, the precise role of its N-terminal domain (Cdc13N) in telomere length regulation remains unclear. Here we present a structural, biochemical, and functional characterization of the Cdc13N. The structure reveals that this domain comprises an OB-fold and is involved in Cdc13 dimerization. Biochemical data show that Cdc13N weakly binds long, single-stranded, telomeric DNA in a fashion that is directly dependent on domain oligomerization. When introduced into full length Cdc 13 i n vivo , point mutations that prevent Cdc13N dimerization or DNA binding, cause telomere shortening or lengthening, respectively. The multiple DNA binding domains and dimeric nature of Cdc13 offers unique insights into how it coordinates the recruitment and regulation of telomerase access to the telomeres.