维生素D3通过介导p53/AMPK/mTOR信号促进胃癌细胞自噬

Vitamin D3 promotes gastric cancer cell autophagy by mediating p53/AMPK/mTOR signaling.

作者信息Yanan Wang, Qingmin He, Kang Rong, Mingyang Zhu, Xiaoxiao Zhao, Pengyuan Zheng, Yang Mi
PMID38259281
发布时间2024-01-08
DOI10.3389/fphar.2023.1338260

实验完整度

包含网络药理学预测、分子对接和体外细胞实验验证(CCK-8、流式凋亡、Western blot),但缺乏体内动物模型和机制干预(如基因沉默或通路抑制剂)实验。

主要模型

AGS人胃癌细胞系 SGC-7901人胃癌细胞系

重点核对

维生素D3处理浓度:0–1000 nM CCK-8细胞活力检测:AGS和SGC-7901细胞以5000细胞/孔接种96孔板,处理24小时 凋亡检测:Annexin V-FITC/PI染色流式细胞术 Western blot蛋白检测:p53/AMPK/mTOR通路及自噬、凋亡、细胞周期相关蛋白 细胞培养条件:AGS和SGC-7901细胞培养于含血清培养基,37°C、5% CO2(文中未明确说明但为常规条件,实际依原文)

摘要

目的:维生素D3具有脂溶性维生素的一般特性,但同时也是一种活性甾体激素,可调节许多肿瘤细胞的增殖、凋亡和分化,并对多种恶性肿瘤发挥抗癌活性。然而,维生素D3对肿瘤作用的机制尚未完全阐明。在此,我们采用网络药理学和体外实验方法探讨维生素D3在胃癌背景下的作用机制。方法:筛选Targetnet、SuperPred、SwissTargetPrediction和PharmMapper数据库以获取潜在的药物相关靶点,同时使用PharmGKB、Drugbank、OMIM、DisGeNET、CTD和GeneCards数据库的数据来识别与胃癌相关的潜在靶点。通过构建维恩图获得疾病-药物交叉基因。对交叉基因进行基因本体论和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析,并使用STRING生成蛋白质相互作用网络并识别核心靶点。进行CCK-8实验和凋亡检测以评估维生素D3对胃癌细胞的作用。应用Western blotting检测p53/AMPK/mTOR信号以及自噬、细胞周期和凋亡相关蛋白。结果:共获得485个维生素D3活性靶点,发现1200个胃癌疾病相关靶点。进一步确定了60个维生素D3治疗胃癌的潜在靶点。KEGG分析表明潜在靶点主要涉及细胞周期、HIF-1信号和AMPK通路等。这些发现通过细胞实验得到验证,证明维生素D3抑制了AGS和SGC-7901细胞的活力。此外,维生素D3促进了这些细胞系的凋亡并抑制了细胞周期,同时激活了p53/AMPK/mTOR通路,该通路促进自噬并抑制肿瘤发展。结论:我们的网络药理学分析提供了初步数据,支持维生素D3在促进胃癌细胞自噬和凋亡以及激活p53/AMPK/mTOR通路(该通路抑制胃癌细胞增殖)中的作用。我们的研究结果证明了维生素D3在治疗胃癌中的分子机制。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
维生素D3在胃癌中发挥抗肿瘤作用的分子机制是什么?
核心机制
维生素D3通过激活p53/AMPK/mTOR信号通路,促进自噬和凋亡,并抑制细胞周期,从而抑制胃癌细胞增殖。
主要证据
网络药理学预测及分子对接显示维生素D3与核心靶点(CDK1、TOP2A等)结合;体外实验证实维生素D3抑制AGS和SGC-7901细胞活力,促进凋亡(Bax升高、Bcl-2降低),抑制细胞周期(cyclin A2和cyclin B1降低),并上调p53、p-AMPK,下调p-mTOR,同时增加LC3II/I比值、降低p62表达。
研究意义
研究为维生素D3治疗胃癌提供了科学依据,并提示纠正维生素D3缺乏可能改善癌症发病和治疗结果,且为安全、经济的方法。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

网络药理学靶点预测

预测维生素D3的潜在作用靶点及与胃癌相关的靶点,并获取交叉靶点。

使用Pharmmapper、TargetNet、SwissTargetPrediction、SuperPred预测维生素D3靶点,从GEO、Drugbank等数据库获取胃癌相关靶点,通过Venn图获得60个交叉靶点。

2

PPI网络构建及核心靶点筛选

构建交叉靶点的蛋白质相互作用网络,并筛选核心靶点。

使用STRING构建PPI网络,导入Cytoscape 3.7.2可视化,使用cytohubba的MCC算法筛选出10个核心靶点。

3

GO和KEGG富集分析

分析交叉靶点的功能富集和通路富集,探索潜在机制。

使用DAVID进行GO和KEGG富集分析,可视化气泡图,并构建药物-靶点-通路网络。

4

分子对接验证

验证维生素D3与核心靶点蛋白的稳定结合。

从PubChem下载维生素D3结构,使用AutoDockTools进行分子对接,计算结合能,并用PyMOL可视化结果。

5

核心靶点的外部验证

验证核心靶点在胃癌中的表达、预后和免疫浸润关联。

使用GEPIA、HPA、TIMER和Kaplan-Meier Plotter数据库分析核心靶点的mRNA/蛋白表达、与预后的关系及免疫浸润相关性。

6

细胞活力检测

评估维生素D3对胃癌细胞活力的影响。

AGS和SGC-7901细胞接种96孔板,用不同浓度维生素D3处理24小时,CCK-8法检测OD450。

7

细胞凋亡检测

评估维生素D3对胃癌细胞凋亡的影响。

细胞接种24孔板,维生素D3处理24小时,Annexin V-FITC/PI染色,流式细胞术检测凋亡率。

8

Western blot检测蛋白表达

检测维生素D3对p53/AMPK/mTOR通路及自噬、凋亡、细胞周期相关蛋白的影响。

细胞处理24小时后提取蛋白,SDS-PAGE电泳,转膜,抗体孵育,曝光分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
CCK-8试剂盒MeilunbioMA0218-1
Annexin V-FITC/碘化丙啶染色试剂盒KeyGene BioTech--
抗P62/SQSTM1抗体Boster Biological TechnologyPB0458
AMPKα多克隆抗体Proteintech10929-2-AP
抗磷酸化AMPKα1 (Ser356)多克隆抗体Biossbs-14318R
mTOR单克隆抗体Proteintech66888-1-Ig
抗磷酸化mTOR (S2448)抗体Abcamab109268
p53单克隆抗体Proteintech60283-2-Ig
LC3多克隆抗体Proteintech14600-1-AP
BAX多克隆抗体Proteintech50599-2-Ig
Bcl2多克隆抗体Proteintech26593-1-AP
Cyclin A2多克隆抗体Proteintech18202-1-AP
Cyclin B1多克隆抗体Proteintech55004-1-AP
β-actin抗体Abcamab6276
BIO-RAD曝光机BIO-RAD--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞活力检测
细胞系:AGS和SGC-7901;接种密度:5000细胞/孔;处理浓度:0–1000 nM;处理时间:24小时;CCK-8试剂盒:Meilunbio, MA0218-1;检测波长450 nm
阅读提示:参见Materials and Methods 2.2.1
细胞凋亡检测
细胞系:AGS和SGC-7901;处理时间:24小时;染色:Annexin V-FITC/PI试剂盒(KeyGene BioTech);检测:流式细胞术
阅读提示:参见Materials and Methods 2.2.2
Western blotting
细胞系:AGS和SGC-7901;处理时间:24小时;一抗:p53, AMPK, p-AMPK, mTOR, p-mTOR, LC3, P62, BAX, Bcl2, Cyclin A2, Cyclin B1, β-actin;重复次数:3次
阅读提示:参见Materials and Methods 2.2.3