台灣:靈芝蛋白GMI能直接誘發「非肌層浸潤性膀胱癌」之自凋亡反應

2017年12月14日/臺灣大學/Journal of Cellular Biochemistry

.圖/黃聖元

 

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在本篇論文中,研究者證明了靈芝蛋白GMI可以藉由直接引發自凋亡機制,進而抑制及毒殺膀胱癌細胞的生長,並且可以有效降低傳統化療藥物絲裂黴素的使用劑量並達到相同功效。此研究成果已於今年12月發表在《Journal of Cellular Biochemistry》。研究者期待能夠運用靈芝蛋白或相關產物,改善膀胱癌現行療法的高復發率及副作用。 

現行治療最大宗之非肌層浸潤性膀胱癌(Non Muscle Invasive Bladder Cancer, NMIBC)通常在內視鏡(cytoscopy)移除病灶癌細胞後,採取化學藥物如絲裂黴素(mitomycin C)或免疫藥物如結核菌(Bacillus Calmette-Guérin)的尿道灌流[1]

儘管現行療法已經在醫界廣泛被使用,化學藥物治療通常無法根治膀胱癌,而且有很高的復發率;相對的,免疫療法雖然效果較佳,卻可能造成局部或全身的不良過敏反應[2 - 4]

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圖1 經內視鏡移除移除腫瘤細胞。經手術移除癌細胞病灶後,通常使用化學藥物或免疫藥物灌流治療[1]

 

先前中山大學柯俊良教授研究團隊對於「靈芝蛋白GMI調控肺癌細胞自噬的死亡機制」已經有深入的探討[5 - 8],不過在本篇研究中,研究者發現對非肌層浸潤性膀胱癌處理後,除了有生長抑制的現象發生外,還發現其具有自凋亡的特徵,例如染色體聚縮(chromosome condensation),細胞膜皺褶(membrane blebbing)和凋亡小體(apoptotic body)形成 [9]

經流式細胞儀分析,證明凋亡小體所攜帶的,是自凋亡後產生的DNA碎片。後續的路徑探討也發現,靈芝蛋白GMI可以直接藉由引發粒線體電位失衡而造成胱天蛋白酶(caspase activation)的截切活化及二磷酸腺苷核糖聚合酶(PARP)蛋白質的截切失活。

上述兩蛋白質的表現分析為典型的細胞自凋亡訊號。而與之前研究不同的是,廣效型胱天蛋白酶的抑制劑(Z-VAD-FMK)可以挽救靈芝蛋白GMI的毒殺能力;相對的,自凋抑制劑氯喹(chloroquine)則無法挽救其毒殺能力。此證據更加證明靈芝蛋白GMI可直接造成自凋亡之毒殺反應 [10]

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圖2 靈芝蛋白GMI誘導膀胱癌細胞進入自凋亡之路徑圖 [10]

 

基於上述發現,本文作者也運用靈芝蛋白GMI以改善化療藥物絲裂黴素之療效。研究發現,靈芝蛋白GMI可以有效降低絲裂黴素的十倍劑量已達相同功效。此外,運用免疫染色技術追蹤胱天蛋白酶截切的大量表現及流式細胞儀追蹤凋亡小體的增加,都足證運用靈芝蛋白GMI及絲裂黴素的協同機制為增強非肌層浸潤性膀胱癌之自凋亡反應 [9]

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圖3 免疫染色分析胱天蛋白酶截切(C.I. CASP 3),胱天蛋白酶截切為綠色螢光,細胞核為藍色螢光。由圖可見低劑量絲裂黴素(2.5 μg/mL)佐以靈芝蛋白GMI(16 μg/mL)可達到與高劑量絲裂黴素(33 μg/mL)之相同效果 [10]

 

在本篇論文中,研究者證明了靈芝蛋白GMI可以藉由直接引發自凋亡機制,進而抑制及毒殺膀胱癌細胞的生長,並且可以有效降低傳統化療藥物絲裂黴素的使用劑量並達到相同功效。

以上研究成果已於今年(2017)12月發表在《Journal of Cellular Biochemistry》。研究者期待能夠運用靈芝蛋白或相關產物,改善膀胱癌現行療法的高復發率及副作用。

(本文作者黃聖元為台灣大學生化科技系許瑞祥教授指導的碩士班畢業學生,與國泰汐止研究中心蛋白質體學研究室鄭宇哲博士合作完成此篇論文研究。)

 

引用文獻

1. NIH, National Cancer Institute, Bladder Cancer Treatment (PDQ®)–Patient Version. Retrieved December 25, 2017, from https://www.cancer.gov/types/bladder/patient/bladder-treatment-pdq

2. Fernandez-Gomez J, Madero R, Solsona E, et al. Predicting nonmuscle invasive bladder cancer recurrence and progression in patients treated with bacillus Calmette-Guerin: the CUETO scoring model. J Urol. 2009;182:2195–2203. 5.

3. Brausi M, Oddens J, Sylvester R, et al. Side effects of Bacillus Calmette-Guerin (BCG) in the treatment of intermediate- and high-risk Ta, T1 papillary carcinoma of the bladder: results of the EORTC genito-urinary cancers group randomised phase 3 study comparing one-third dose with full dose and 1 year with 3 years of maintenance BCG. Eur Urol. 2014;65:69–76. 6.

4. Chou R, Selph S, Buckley DI, et al. Intravesical therapy for the treatment of nonmuscle invasive bladder cancer: a systematic review and meta-Analysis. J Urol. 2017;197:1189–1199.

5. Hsin IL et al. GMI, an immunomodulatory protein from Ganoderma microsporum, induces autophagy in non-small cell lung cancer cells. Autophagy. 2011;7(8):873-82.

6. Hsin IL et al. Inhibition of lysosome degradation on autophagosome formation and responses to GMI, an immunomodulatory protein from Ganoderma microsporum. Br J Pharmacol. 2012;167(6):1287-300.

7. Hsin IL et al. GMI, an Immunomodulatory Protein from Ganoderma microsporum, Potentiates Cisplatin-Induced Apoptosis via Autophagy in Lung Cancer Cells. Mol Pharm. 2015 4;12(5):1534-43.

8. Chiu LY et al. Immunomodulatory Protein from Ganoderma microsporum Induces Pro-Death Autophagy through Akt-mTOR-p70S6K Pathway Inhibition in Multidrug Resistant Lung Cancer Cells. PLoS One. 2015 6;10(5).

9. 黃聖元, 小孢子靈芝免疫調節蛋白抑制泌尿上皮癌細胞生長及調控其細胞程序性死亡機制探討。台灣大學生化科技研究所碩士論文,2017年。

10. Huang SY et al. Ganoderma microsporum immunomodulatory protein induces apoptosis and potentiates mitomycin C-induced apoptosis in urinary bladder urothelial carcinoma cells. J Cell Biochem. 2017 Dec 14. doi: 10.1002/jcb.26616.