成大研發快訊 - 文摘
成大研發快訊 第四卷 第一期 - 2008年四月十八日
[ http://research.ncku.edu.tw/re/articles/c/20080418/4.html ]
星形孢菌素調節人類白血病單核淋巴瘤細胞株對放射線 的敏感性與放射線所誘發的細胞凋亡
王應然1,*, 郭浩然1, 陳佳欣1, 何聖佑2
1國立成功大學醫學院工業衛生學科暨環境醫學研究所
2台南市新樓醫院
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International Journal of Radiation Biology 82:97-109 (2006)
游離輻射(ionizing radiation)的放射線治療在癌症臨床治療上是一種 相當有效的工具，之所以會運用放射線在治療上是由於相較於正常細胞，
癌細胞會對放射線產生較高的敏感性。當癌細胞照射到放射線之後，常會 觀察到癌細胞在細胞週期中的G2/M停滯與細胞凋亡的現象。換句話說，
放射線所造成的DNA損傷，有可能使得細胞在G2/M期停滯來進行修復的 動作。因此，若是G2/M停滯的時間不夠長，就會使得DNA受損的細胞進 行不成熟的分裂或是導致突變；此外，如果受損的細胞DNA傷害太大不 足以修復，也可能會使得細胞走向細胞凋亡的死亡方式。儘管目前仍未完
全了解那些受損DNA到底是如何在G2/M期使細胞走向凋亡，但是，在惡性腫瘤的放射線治療領域上，這 已經是一個相當重要的機轉之一。
細胞凋亡是一種控制正常發展和多細胞生物體內平衡的高度管理程序。假如細胞凋亡對生物體的管控異 常，將會引起許多人類的疾病，像是癌症、自身免疫的疾病，以及各種不同的神經退化疾病。隨著開啟細 胞凋亡的不同刺激，各種不同與細胞凋亡的核心傳遞鏈有關的酵素(caspases)會有被活化的現象。
Caspases是許多特異性胱胺酸蛋白酵素的總稱，而它們的活化現象也是執行程序性細胞死亡，即細胞凋亡 的調控關鍵。例如caspase-1, casepase-2, caspase-3, caspase-8, 和caspase-9都是caspase的家族成員；而在 這些成員當中，caspase-3尤其扮演了相當重要的角色。
有許多受到放射線照射的癌細胞都可以觀察到細胞凋亡的現象，因此在利用放射線治療癌細胞的過程中，
它也是一個相當重要的機轉。然而，隨著抗細胞凋亡蛋白的過度表現或是缺乏誘發細胞凋亡的蛋白，如 p53，都會因此使細胞對放射線產生抗性。比方說，缺乏正常p53功能的腫瘤細胞所具有的放射線抗性 (radioresistance)乃是因為降低了細胞在活體內及活體外(in vino and in vitro)進行細胞凋亡的能力。故腫 瘤細胞對於放射線的治療反應，p53的狀態是一個重要的關鍵。具有正常功能(wild-type) p53表現的細 胞，在照射到放射線之後會提高細胞內p53的含量，並且調節許多下游不同的效應基因表現進而誘發細胞 進行凋亡。過去已有文獻指出，約有百分之五十左右的人類癌細胞中都有觀察到突變的p53或是p53缺失的 現象。因此，使用特定的化學藥物作為放射線的致敏感劑，並結合低劑量的放射線可能可以克服放射線抗 性，促進癌細胞產生細胞凋亡，來提高治療的效果。
腫瘤細胞對大多數以造成DNA損傷為抗癌原理的藥劑(DNA-damaging agents)的敏感性也已經被認為與G2 檢查點的阻斷有關。星形孢菌素(Staurosporine, STP)是從一種鏈黴菌種所分離出來的抗生素，可以用作蛋 白質激酶C (protein kinase C, PKC)的抑制劑。STP以及其類似物質單獨使用即具有抗腫瘤的特性。在過去 的研究中也指出，STP會阻斷G2檢查點並旦會增加腫瘤細胞對於DNA損傷藥劑的敏感性；然而，在以STP 結合放射線治療白血病細胞的分子機制研究方面，直至目前為止仍未被完整的報告過。G2/M停滯代表著 細胞在進行DNA損傷的修復，而此G2/M停滯往往是啟動細胞凋亡之前可觀察到的現像，也有可能是產生
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放射線抵抗性的決定關鍵。有一些研究指出，具有破除G2/M停滯能力並刺激細胞凋亡的化學試劑，可能 可以在臨床上用來克服腫瘤細胞對放射線的抗性。根據這些研究，我們合併處理了低劑量的STP以及低劑 量的放射線，藉此來克服那些缺乏p53的癌細胞所產生的G2/M停滯以及放射線抵抗性。我們的研究結果發 現，合併處理10 nM的STP與5 Gy的放射線18個小時之後，相較於單獨處理的組別可以產生顯著的細胞凋 亡(圖一)。同時，G2/M停滯也被克服，並使得G1期的百分比上升(圖二)。我們相信STP可以克服5Gy放射 線所引起的G2/M停滯，並因此導致早期的細胞凋亡。從我們的數據中也顯示，DNA損傷存在時間與G2/
M停滯時間長短兩者之間的平衡可能會決定受到放射線照射的細胞走向存活或是進行細胞凋亡。
圖一: 以10 nM STP 和 5 Gy IR 個別或合併處理U937癌細胞18小時後針對細胞凋亡所做的定量分析。分析 方法是利用流式細胞儀去偵測sub-G1的比例。
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圖二: 以10 nM STP 和 5 Gy IR 個別或合併處理U937癌細胞18小時後針對細胞週期中不同的分佈比例做分 析。分析方法是利用流式細胞儀。
相較於治療腫瘤的單一方法所必需使用高劑量治療而產生的非特異性毒性及副作用，合併不同抗腫瘤治療 模式的組合可能是更好的治療選擇方式。從我們的研究結果指出，合併處理STP及放射線時會導致U937的 細胞凋亡增加，而這個結果與JNK的磷酸化有關，並且造成了caspase的活化以及Bax的增加與Bcl-xl的減 少，同時導致粒線體膜電位的喪失與細胞色素c (cytochrome c)的釋放。此外，在合併處理的組別中，我們 也觀察到顯著的p21誘發現象與cyclin A的抑制，G1期則有增加的情形產生。根據這篇研究的結果，透過給 予STP，使癌細胞對放射線較敏感，進而走向細胞凋亡的模式，在放射線治療上可能是一種有效的策略。
臨床上類似STP的藥品都可能可以用來縮短G2/M停滯的時間，促使DNA受到損傷的癌細胞走向細胞凋 亡。然而STP與放射線的結合尚有待進一步深入的研究，以期未來在針對p53缺乏且對放射線具有抗性的 癌症臨床治療上，能發展出更有潛力的運用策略。
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