| 题名 | 博士论文-Gd@C82(OH)22与细胞外基质作用机理及其生物效应研究 |
| 作者 | 宋炎 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 邢更妹 |
| 关键词 | Gd@C82(OH)22纳米颗粒 C60(OH)24纳米颗粒 I型胶原 乳腺癌细胞 基因表达 |
| 学位专业 | 生物无机化学 |
| 中文摘要 | 富勒烯水溶性衍生物由于其特殊的物化性质和高生物相容性等特点被广泛的应用在肿瘤医学方面。以往的研究多集中于富勒烯及其衍生物对细胞（如癌细胞和肿瘤组织免疫细胞等）和胞内生物大分子（如DNA、细胞骨架蛋白等）的影响，而与细胞外微环境，尤其是外基质成分的相互作用研究则很少。胶原作为外基质的主要成分，为肿瘤组织提供支撑平台，其物理性质对肿瘤的发生和发展有着重要的意义。本文选用I型胶原作为体外研究的对象，探讨Gd@C82(OH)22纳米颗粒对该外基质成分的影响。从胶原分子构象、分子自组装、形貌以及机械性质四个层面探讨了碳纳米颗粒与细胞外基质的作用机制，同时分析了这种外基质性质的改变对癌细胞的生物效应。主要研究成果如下： 1. 在分子结构水平，Gd@C82(OH)22与原胶原单体分子（Tropocollagen molecules, TC分子）形成紧密的复合物，并对其三螺旋构象产生稳定作用。从分子自组装水平，胶原聚合动力学研究表明，随着纳米颗粒的浓度增加，胶原聚合速度降低并伴有胶原纤维总量减少的现象。从胶原形貌和结构水平，原子力显微镜结果表明Gd@C82(OH)22处理组中胶原呈小纤维网状分布并出现分支状结构，失去其特征的D带结构。使用扫描电子显微镜对纤维直径统计发现，Gd@C82(OH)22处理组平均直径减小，且小纤维所占的数量多。胶原纤维的无序排布及小纤维的增多势必会影响胶原的机械性质，流变学实验结果表明在掺杂纳米颗粒后，胶原纤维的硬度和弹性急剧降低。选择C60(OH)24纳米颗粒进行对比，发现从各个方面上C60(OH)24处理对胶原的影响程度均明显低于Gd@C82(OH)22处理。在此结果基础上，观察乳腺癌细胞MDA-MB-231在两种纳米颗粒处理后的基底上的粘附和伸展情况，发现细胞在两种基底上均出现了细胞骨架重排和粘附性降低的现象。实验结果表明，Gd@C82(OH)22颗粒中金属离子的存在对其高生物活性有着重要意义。 2. 以I型胶原作为细胞外基质，分别将乳腺癌细胞MDA-MB-231进行2D (two-dimensional)和3D (three-dimensional) 培养，分析与乳腺癌发生、发展和转移相关的23个基因的表达，观察在不同培养条件下基质物化性质的改变对其基因表达的影响。（1）上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）相关基因。在2D培养条件下ERBB2和TGFA(transforming growth factor alpha)表达上调，S100A4和TGFB1(transforming growth factor beta 1)基因下调，且四种基因调整的幅度均不太明显；3D培养条件下四种基因均出现下调，其中ERBB2、TGFB1和TGFA基因表达大幅度降低，说明3D基质性质的改变能够抑制EMT相关基因的表达。（2）肿瘤血管生成相关基因。VEGFB (vascular endothelial growth factor B)、CTGF(connective tissue growth factor)、MMP3 (matrix metalloproteinase-3)和TIMP1基因在2D条件下均出现小幅度变化：VEGFB表达上调，CTGF、MMP-3和TIMP1 (tissue inhibitor of metalloproteinases-1)表达下调；3D培养中条件下，VEGFB（上调）和TIMP-1（下调）表达出现小幅变化，CTGF和MMP-3表达大幅降低，说明与培养在正常基质中的癌细胞相比，Gd@C82(OH)22处理过的基质明显抑制了细胞对外基质的降解能力。（3）细胞间粘附相关的基因。2D培养条件下两种介导细胞粘附的基因CDH1(cadherin 1)和CLDN1(claudin 1)均出现上调，SNAIL1和SIP1 (Smad interacting protein 1) 出现小幅度的上调或下调。在3D培养条件下，CDH1和CLDN1两种基因表达剧烈减少，说明Gd@C82(OH)22处理的基质在肿瘤早期有促进EMT和肿瘤转移的能力。（4）四种抑癌基因BRMS1 (breast cancer metastasis suppressor 1)、KAI1(kangai 1)、KISS1 (KiSS-1 metastasis-suppressor)和CTNNB1(catenin (cadherin-associated protein), beta 1) 在两种培养条件下表达量变化都较小， 2D条件下KAI1、KISS1和CTNNB1表达减少，3D条件下BRMS1和KAI1表达减少，说明Gd@C82(OH)22引起基质物化特性的变化对抑癌基因的表达会有一些轻微的抑制作用。（5）癌症迁移相关的四种基因ITGA6 (integrin alpha 6)、ITGB5 (intergirn beta 5)、LAMB3(laminin beta 3)和FN1(fibronectin 1)基因在2D培养条件下表达均出现了一定的减少。在3D培养条件下LAMB3和FN1两种基因表达降低尤为显著，说明Gd@C82(OH)22处理后的外基质环境能够有效抑制肿瘤细胞的迁移；（6）癌基因调控蛋白基因。SATB1（special AT-rich sequence-binding protein 1）和SATB2（special AT-rich sequence-binding protein 2）基因在2D培养条件下表达出现微量减少；在3D培养条件下SATB1表达大幅度降低，SATB2表达也出现一定的减少，说明3D微环境的改变能够有效抑制癌基因转录蛋白表达，从而间接抑制多种癌基因的表达。（7）癌症转移相关RUNX2 (Runt-related transcription factor 2) 基因在2D和3D条件下表达均出现了一定的降低。以上结果说明Gd@C82(OH)22处理后的基质在限制肿瘤发生EMT、迁移、微环境改造和血管生成4个方面有优势，相反在细胞粘附、抑癌基因表达等方面则出现了一定的弊端。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 生物无机化学 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/210303]  |
| 专题 | 多学科研究中心_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 宋炎. 博士论文-Gd@C82(OH)22与细胞外基质作用机理及其生物效应研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2013. |
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