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Cell:维生素C真的可以抗白血病
来源:BioArt   发布者:尹海华   日期:2017-08-18  

维生素C是人体必需的营养素,我们可通过食用新鲜蔬菜和水果轻松补充维生素C。维生素C对人体有多种好处,而其在抗肿瘤中的作用,自上世纪70年代发现以来,受到了广泛的关注,被认为在肿瘤的临床治疗中具有广阔的前景【1】。然而,在之后的临床试验中,高剂量的维生素C并没有展示出治疗益处。这可能是由于口服维生素C的生物利用率太低,无法达到抗肿瘤的效果【2】。近几年的研究发现,静脉注射高剂量的维生素C对某些类型的实体瘤和血液瘤有较好的治疗效果,然而其中的机制还不清楚【3】。8月18日纽约大学医学院的Benjamin G. Neel等人在Cell上发表文章“Restoration of TET2 Function Blocks Aberrant Self-Renewal and Leukemia Progression”,首次证明恢复TET2的活性可以逆转TET2缺失型细胞的自我更新能力,通过促进DNA的去甲基化,使细胞发生分化和凋亡。由于在基因水平上恢复TET2比较困难,研究者转换思路,去寻找可提高TET2活性的药物,最终发现添加维生素C可模仿TET2的恢复,阻碍白血病的发展,并提高白血病细胞对PARP抑制剂的敏感性【4】

TET(ten-eleven-translocation)蛋白家族包括TET1,TET2和TET3基因。TET2蛋白是Fe2+和α-酮戊二酸依赖的双加氧酶,可以将DNA上的5mC催化为5hmC。5hmC可通过碱基切除修复(BER)或脱羧反应去除,从而完成DNA去甲基化的过程。TET2基因缺失或突变是造血恶性肿瘤中最常见的突变之一,多为单等位基因的突变。TET2突变后往往与DNA的高甲基化水平和不良的预后相关,被认为是正常细胞向癌细胞转化的早期驱动者,而TET2的缺失对疾病维持的作用还不清楚。

研究者首先构建了可逆的TET2敲低小鼠,包括四环霉素(doxycycline)诱导关(Dox-off)和开(Dox-on)两套体系(图1)。

在连续再移植实验中,发现持续敲低TET2可保持细胞的自我更新能力,这与前人报道的TET2缺失的表型一致,并发现在第5代移植细胞中加入Dox,恢复TET2的表达,可抑制细胞的自我更新能力,说明TET2的持续缺失对造血干细胞的自我更新能力的维持起关键作用,而恢复TET2的表达可阻断造血干细胞的自我更新能力。(图2)

研究者通过测序分析,发现TET2的恢复改变了DNA甲基化的水平,影响了一大批与髓系细胞分化相关的基因,并最终引起增殖减少促进分化的表型,说明恢复TET2是治疗造血系统疾病的新策略。然而在基因水平上修复已突变或缺失的TET2基因有一定困难,研究者转而寻找可促进TET2活性的药物。已有研究表明维生素C可结合TET2,并促进TET依赖的DNA去甲基化【5-8】。研究者们假设:维生素C可促进TET家族蛋白的活性,并在TET2缺失的造血干细胞中起到模拟TET恢复的表型。

研究者对细胞进行维生素C(L-AA)处理,发现在TET2部分缺失和完全缺失的细胞中,维生素C能显著提高5hmC的水平,而在同时缺失TET2和TET3的情况下,维生素C的作用不明显。(图3)说明维生素C可通过TET3蛋白提高5hmC的水平。在功能试验中,添加维生素C能抑制多种白血病细胞系细胞的增殖,并且维生素C的浓度越高,抑制效果越显著。(图3)需要注意的是,该研究使用的白血病细胞系,HL60,molm13等,均是TET2野生型的细胞,说明维生素C对肿瘤细胞的杀伤作用不局限于TET2突变型肿瘤细胞,而在这一点该研究没有深入的探索。

最后,研究者综合维生素C在DNA损伤修复中的作用,将维生素C与DNA损伤的敏感药物PARP抑制剂olaparib联合作用,发现对白血病细胞的杀伤力均大于单一用药。(图4)

值得注意的是,TET蛋白在多种实体瘤和血液肿瘤中均表现为低表达或功能缺失,该研究为TET2缺失的肿瘤治疗提供了新的思路,在未来的临床试验中,高剂量的维生素C可作为化疗佐剂,与PARP抑制剂等联合用药,达到更好的治疗效果(下图)。

此外,据The Scientist杂志报道,尽管这个工作表明了利用维生素C在治疗白血病中潜在的重要价值,但是这篇文章的通讯作者之一 Benjamin G. Neel却对将维生素C用作主要的抗癌药物持谨慎的态度,他认为这并不是一个通用的抗癌治疗手段,而是最好与其它一些去甲基化药物联合使用。Neel和另一位通讯作者Luisa Cimmino也表示,要警惕使用过量的维生素C,因为过量的使用并不会加大治疗效果。

参考文献:

1. Cameron, E., Pauling, L., and Leibovitz, B. (1979). Ascorbic acid and cancer: a review. Cancer Res. 39, 663–681

2. Padayatty, S.J., and Levine, M. (2016). Vitamin C: the known and the unknown and Goldilocks. Oral Dis. 22, 463–493.

3. Fritz, H., Flower, G., Weeks, L., Cooley, K., Callachan, M., McGowan, J., Skidmore, B., Kirchner, L., and Seely, D. (2014). Intravenous vitamin C and cancer: a systematic review. Integr. Cancer Ther. 13, 280–300

4. Cimmino et al., Restoration of TET2 Function Blocks Aberrant Self-Renewal and Leukemia Progression, Cell (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.07.032

5. Yin, R., Mao, S.Q., Zhao, B., Chong, Z., Yang, Y., Zhao, C., Zhang, D., Huang,H., Gao, J., Li, Z., et al. (2013). Ascorbic acid enhances Tet-mediated 5-methylcytosine oxidation and promotes DNA demethylation in mammals. J. Am.Chem. Soc. 135, 10396–10403

6、Blaschke, K., Ebata, K. T., Karimi, M. M., Zepeda-Martínez, J. A., Goyal, P., Mahapatra, S., ... & Lorincz, M. C. (2013). Vitamin C induces Tet-dependent DNA demethylation in ESCs to promote a blastocyst-like state. Nature, 500(7461), 222.

7、Chen, J., Guo, L., Zhang, L., Wu, H., Yang, J., Liu, H., ... & Liu, J. (2013). Vitamin C modulates TET1 function during somatic cell reprogramming. Nature genetics, 45(12), 1504-1509.

8、Minor, E. A., Young, J. I., & Wang, G. (2013). Ascorbate induces ten-eleven translocation (Tet) methylcytosine dioxygenase-mediated generation of 5-hydroxymethylcytosine. Journal of Biological Chemistry, 288(19), 13669-13674.


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