利用细胞模型及计算机预测方法探究二甲苯麝香致癌的分子机制

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二甲苯麝香(musk xylene,MX)是目前市场上用量最多的人造麝香之一,具有难降解、低极性、亲脂性和易富集等特点,可以经由皮肤吸收、空气吸入等途径进入人体,从而在体内富集。二甲苯麝香已经逐渐成为一种新型环境污染物,且有研究证实二甲苯麝香与多种癌症的发生以及肿瘤细胞的迁移相关,但其分子作用机制尚不明确。本研究以L02人正常肝细胞为研究对象,首先观察二甲苯麝香暴露对L02细胞的影响,并构建二甲苯麝香诱导L02细胞恶性转化模型;其次应用基因芯片技术,检测和比较正常L02细胞、发生恶性转化的L02细胞的基因表达谱,筛选二甲苯麝香干扰的癌症发生和肿瘤迁移相关差异表达基因,并通过基因本体论(gene ontology,GO)分析和KEGG通路分析,探究二甲苯麝香作用的靶基因及影响的信号传导途径,同时通过RT-PCR(Real time Polymerase Chain Reaction)技术验证靶基因下游基因的表达水平。此外,本研究还利用分子动力学模拟(molecular dynamics,MD)预测并筛选二甲苯麝香的潜在受体及其与之相互作用的关键基团。(1)细胞模型的构建结果显示:MX暴露组细胞呈现核肥大、核质比失常、多核,HE深染等异常细胞形态;细胞活性实验和克隆形成实验结果表明MX暴露能够促进细胞的生长和增殖;划痕实验和transwell小室实验表明扩大培养的克隆细胞具有迁移和侵袭能力。(2)基因芯片结果显示:MX恶性转化的L02细胞与对照组细胞的基因表达模式有明显差别,共有1831个上调基因,1670个下调基因。进一步的GO分析和KEGG通路分析结果表明,差异表达基因参与了诸多生物学功能的调控,包括MAPK(mitogen-activated protein kinase)通路在内许多与癌症发生、发展密切相关的生物学过程。(3)分子动力学模拟结果显示:MX能与EGFR、FGFR1和TGF β R这三个参与调控MAPK通路的靶点蛋白结合。结合模式上MX与三种蛋白结合位点相似,成键主要以π-H键、氢键作用为主。从平均结合自由能来看,MX与三者的结合强度大小依次为:EGFR>TGF β R>FGFR1。(4)RT-PCR结果显示,与对照组相比,MX恶性转化细胞中EGFR、FGFR1下游基因Grb2,Sos1,Sos2的表达水平均呈上调变化。本研究对MX致癌作用的分子机制及靶点基因做了系统性地分析。这对建立环境中二甲苯麝香水平的质量控制政策,分析和评价二甲苯麝香对人类健康的影响是至关重要的。同时对探讨人类癌症的环境诱因,为癌症的防治及抗肿瘤药物设计也有重要意义。
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