尼古丁新發現！上海交通大學發文：癌症復發轉移的新機制

【導讀】頭頸部區域（包括口腔、鼻腔、咽喉、鼻咽部和喉部）的黏膜上皮是首先接觸菸草煙霧的部位，已觀察到該區域黏膜上皮細胞存在乙酰膽鹼受體（nAChRs）。目前尚不清楚HNSC細胞是否可以通過nAChR信號遷移和侵襲。

10月29日，上海交通大學研究團隊在期刊《Cell Death&Disease》上發表了研究論文，題爲“Nicotine-induced CHRNA5 activation modulates CES1 expression, impacting head and neck squamous cell carcinoma recurrence and metastasis via MEK/ERK pathway”， 本研究中，研究人員建立了HNSC細胞暴露於尼古丁的模型。研究人員採用CCK-8法評估尼古丁暴露後細胞增殖情況，通過傷口癒合和遷移試驗評估細胞遷移和侵襲能力。研究人員還研究了CHRNA5敲低和過表達的影響，採用免疫熒光染色分析CHRNA5表達和定位，並進行克隆形成試驗以測量CHRNA5敲低和過表達後的細胞克隆增殖情況。研究人員在裸鼠中進行腫瘤形成試驗，使用sh-CHRNA5 Cal27細胞，並通過蛋白質免疫印跡實驗和免疫組織化學染色進行驗證。此外，通過免疫組織化學分析對喉咽和下嚥癌組織進行分析。尼古丁通過表達CHRNA5顯著增強了包括Cal27、Fadu、HN6和Tu686在內的頭頸部腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲能力。敲低CHRNA5可以降低細胞遷移、侵襲和增殖能力，而尼古丁暴露可以逆轉這一趨勢。此外，隨着CHRNA5的敲低，CES1的mRNA和蛋白表達也降低，表明兩者之間存在調節關係。轉錄組學揭示，CHRNA5的敲低與MEK/ERK信號通路相關。進一步的細胞和組織水平證據表明，敲低CHRNA5後，p-MEK/MEK、p-ERK/ERK和CES1的水平降低，這一趨勢可被尼古丁逆轉。尼古丁通過上調CHRNA5表達促進HNSC的增殖、遷移和侵襲。尼古丁暴露激活CHRNA5，通過MEK/ERK途徑調節CES1表達，從而促進頭頸部鱗狀細胞癌的復發和轉移。

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07178-4#Sec20

背景信息

01

頭頸部腫瘤是指發生在上呼吸道和消化道各種結構中的惡性腫瘤，在全球範圍內是第七大最常見的癌症類型。頭頸部鱗狀細胞癌（HNSC）是頭頸部腫瘤中最常見的類型，佔所有病例的90%以上，死亡率高達40%-50%。早期發現HNSC仍然是一個挑戰。隨着腫瘤的生長，它會局部侵襲並轉移到區域淋巴結，導致超過60%的患者在晚期（III期或IV期）被診斷出患有該疾病。之前的研究表明，HNSC可能涉及多個潛在的致癌基因，涉及腫瘤轉移和免疫功能調節等方面，具體應用有待進一步研究。雖然程序性死亡1（PD-1）免疫檢查點抑制劑在治療HNSC和其他癌症方面發揮了關鍵作用，但靶向分子療法尚未給患者帶來顯著的益處。因此，迫切需要利用遺傳和基因組學方法來發現HNSC的新型診斷和預後生物標誌物。

尼古丁是一種成癮物質，不僅作用於中樞神經系統，還作用於其他細胞類型。尼古丁與nAChR的相互作用激活了絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路，促進細胞生長、血管生成以及相關的細胞活動。已經在相關的頭頸部鱗狀細胞癌細胞系和體外組織培養模型中發現MEK-ERK的誘導與腫瘤細胞的增殖有關。在MAPK通路中，MEK作爲一種激酶，將細胞表面受體和上游激酶的信號傳遞給下游的ERK。曲美替尼是一種有效的MEK1和MEK2抑制劑，能夠阻斷RAF依賴的MEK磷酸化，從而持續抑制p-ERK1/2的活性。在分子生物學領域取得這些進步以及靶向療法和精準醫學興起的背景下，迫切需要基於對HNSC發病機制更深入理解來開發新的治療策略。

尼古丁暴露促進頭頸部鱗狀細胞癌細胞的轉移

02

研究人員分別在12、24、48、72、96 h觀察不同終濃度尼古丁對4種細胞增殖能力的影響。結果顯示，10 μmol/L尼古丁濃度顯著促進細胞增殖，與對照組比較差異有統計學意義（p < 0.05）。藥物處理後24 ~ 48 h，細胞出現明顯增殖差異，隨後進入平臺期。Cal27細胞在24 h和48 h增殖差異有統計學意義（p < 0.01），而Fadu細胞在24 h增殖差異有統計學意義（p < 0.05）。HN6細胞在24 h表現出顯著的增殖差異（p < 0.01），而Tu686細胞在48 h表現出顯著的增殖差異（p < 0.01）。

尼古丁暴露促進HNSC細胞的轉移

爲探討10 μmol/L尼古丁暴露對頭頸部鱗狀細胞癌細胞遷移能力的影響，研究人員採用體外劃痕實驗分析細胞在無血清條件下48 h的相對遷移距離。結果表明，與對照組相比，尼古丁處理顯著增強了Cal27、FaDu、HN6和Tu686細胞向創面的遷移，提高了它們的“癒合”能力。研究人員通過遷移和侵襲實驗探討尼古丁對頭頸部鱗狀細胞癌細胞遷移和侵襲能力的影響。遷移實驗結果顯示，與對照組相比，10 μmol/L尼古丁可促進Cal27、Fadu、HN6和Tu686細胞的遷移和侵襲。在有或沒有基質凝膠的情況下，小室底部濾膜上細胞數量的增加表明尼古丁暴露顯著增強了細胞的遷移和侵襲能力。蛋白質免疫印跡實驗檢測10 μmol/L尼古丁作用後上皮-間質轉化（EMT）相關蛋白e -鈣黏蛋白（E-cadherin）和n -鈣黏蛋白（N-cadherin）表達的變化。結果顯示，與對照組相比，尼古丁暴露後E-cadherin表達下調，N-cadherin表達上調，差異均有統計學意義。

結論

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尼古丁通過促進CHRNA5的表達增強頭頸部腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲能力。敲低CHRNA5降低了細胞的增殖、遷移和侵襲能力，而尼古丁暴露逆轉了這一趨勢。細胞水平蛋白印跡實驗證實CHRNA5通過MEK/ERK通路調控CES1表達，影響頭頸部鱗狀細胞癌的復發轉移。組織水平的蛋白印跡實驗和標本免疫組織化學進一步表明CHRNA5通過調控CES1的表達，通過MEK/ERK通路影響頭頸部鱗狀細胞癌的復發轉移。

【參考資料】

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07178-4#Sec20

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