肾结石病和肾癌的交叉路口

Peerapen P, Boonmark W, Putpeerawit P, Thongboonkerd V. Calcium oxalate crystals trigger epithelial-mesenchymal transition and carcinogenic features in renal cells: a crossroad between kidney stone disease and renal cancer. Exp Hematol Oncol. 2022 Sep 25;11(1):62. doi: 10.1186/s40164-022-00320-y. PMID: 36154899; PMCID: PMC9509655.

草酸钙晶体触发肾细胞上皮-间质转化和致癌特征：肾结石病和肾癌的交叉路口

越来越多的证据表明肾结石病 (KSD) 与肾细胞癌 (RCC) 之间存在关联。然而，这种关联的潜在机制仍然未知。在此，我们研究了草酸钙一水合物 (COM)（一种导致 KSD 的主要结晶成分）对诱导非癌性肾细胞致癌特征的影响。COM 晶体诱导了从上皮细胞到成纤维细胞样纺锤体形状的形态学变化。此外，COM 增加了纺锤体指数和间充质标记物（纤连蛋白和波形蛋白），但减少了上皮标记物（E-钙粘蛋白和 zonula occludens-1）。此外，COM 下调了 ARID1A，ARID1A 是最近报道的一种抑癌基因，在 mRNA 和蛋白质水平上与 RCC 呈反向相关。COM 还下调了其他 RCC 相关的肿瘤抑制基因，PTEN 和 VHL，但上调致癌基因 TPX2。最后，COM 增强了入侵能力、细胞聚集形成、对顺铂的化学抗性和血管生成因子 (VEGF) 的分泌。这些数据表明 COM 晶体触发上皮-间质转化 (EMT) 和非癌性肾细胞的几种致癌特征。这些机制可以解释和加强 KSD 和 RCC 之间的联系。

肾癌在全球范围内很常见，占确诊癌症的 2%，且发病率不断上升 [ 1 ]。在所有类型的肾癌中，约 90% 是肾细胞癌 (renal cell carcinoma, RCC) [ 1 ]。男性的发病率是女性的两倍 [ 1 ]。RCC 的确切病因仍不清楚；然而，一些遗传背景、行为和环境被认为是 RCC 的风险因素。肾结石病 (KSD) 患者中 RCC 的证据越来越多 [ 2 – 4 ]。另一方面，一些报告显示 RCC 中草酸钙 (CaOx) 晶体在肿瘤内沉积 [ 5 – 7]. 因此，KSD 现在被认为是 RCC 发展的另一个风险。然而，之前尚未报道这种关联背后的精确细胞和分子机制。

KSD 是一种世界范围内常见的疾病，由固体物质在肾内沉积引起，主要包括 CaOx 一水合物 (COM) 晶体 [ 8 ]。COM 晶体会导致肾细胞损伤，诱导活性氧 (ROS) 过量产生，并促进细胞蛋白质的氧化修饰 [ 8 ]。之前的一项研究表明，结石周围的肾组织中氧化 DNA 损伤标记物 (8-OHdG) 呈阳性染色 [ 9 ]。有趣的是，DNA 氧化损伤也被认为在包括 RCC 在内的多种癌症的发生和发展中起着至关重要的作用 [ 10、11 ]。与 RCC 类似，KSD 在男性中比在女性中更常见 [ 12]. 由于 KSD 与 RCC 有一些共同的疾病背景，我们假设其结晶成分 COM 可能是引发非癌性肾细胞致癌特征的原因。

在此，我们研究了 COM 晶体对非癌性肾细胞致癌特征的诱导作用。进行了几种检测来研究这些致癌特征，包括形态学变化、纺锤体指数、上皮-间质转化 (EMT)、RCC 相关肿瘤抑制基因（ ARID1A、PTEN和VHL）和致癌基因 ( TPX2 ) 的表达、细胞侵袭能力、细胞聚集体形成、化学抗性、血管生成因子（血管内皮生长因子或 VEGF）的分泌（详见附加文件1）。

COM 晶体诱导了从上皮细胞到成纤维细胞样纺锤体形状的形态学变化，并增加了纺锤体指数（图 1）。 1个一个，乙）。无明显毒性作用（图 1）。 1个C、D）、COM 抑制上皮标记物（E-钙粘蛋白和闭合带-1、ZO-1）（图 1）。 1个E-H)，但增强了间充质标记物（纤连蛋白和波形蛋白）（图 1）。的（图 1I-L）。1个我-L）。此外，COM 下调了ARID1A，这是一种最近报道的抑癌基因，在 mRNA 和蛋白质水平上与 RCC 呈反向相关（图 1）。 2个A-C）。COM 还下调其他与 RCC 相关的肿瘤抑制基因PTEN和VHL，但上调致癌基因TPX2（图 1）。 2个D-F）。最后，COM 增强了入侵能力（图 1）。 2个G，H），细胞聚集体形成（图 1）。 2个I, J)，对顺铂的化疗耐药（图 1）。 2个K，L）和血管生成因子 VEGF 的分泌（图 1）。 2个米）。

图1

COM 晶体触发肾细胞的上皮-间质转化 (EMT)。A细胞形态。B主轴索引。C、D流式细胞术与膜联蛋白 V/碘化丙锭染色。E-H上皮标记物（E-钙粘蛋白和 ZO-1）。I–L间充质标记物（纤连蛋白和波形蛋白）。所有定量数据均以平均值±SD 表示，这些数据来自使用不同生物样本的三个独立实验。AU任意单位

图 2

COM 晶体触发肾细胞的致癌特征。A – C ARID1A mRNA 和蛋白质水平（GAPDH 作为上样对照）。PTEN、VHL和TPX2的D-F mRNA 水平，分别。G , H细胞侵袭试验。I , J细胞聚集体形成（悬滴）测定。K , L化学抗性测定。M VEGF 分泌水平。所有定量数据均以平均值±SD 表示，这些数据来自使用不同生物样本的三个独立实验。AU任意单位

EMT 是上皮细胞在结构和功能上转变为间充质表型的过程。这个过程涉及生理和致病条件下的几种生物现象，包括胚胎发生、伤口愈合、组织纤维发生和癌发生。COM 导致 EMT 并不意外。由于 EMT 是致癌特征之一，我们假设 COM 晶体可能对非癌性肾细胞产生其他致癌作用，并可能作为 KSD 和 RCC 之间的十字路口。我们的假设得到了多项分析的支持，以证实这种现象。连同 RCC 相关抑癌基因（ ARID1A、PTEN和VHL ）的下调和癌基因（ TPX2 ）的上调), 其他功能测定证实 COM 晶体触发了几种致癌特征，包括侵入能力、细胞聚集体形成和对顺铂的化学抗性。最后，COM 处理的细胞分泌更高水平的血管生成因子 VEGF。

我们之前的研究表明，COM 晶体会引发氧化应激，并通过 ROS 过量产生在肾细胞中诱导氧化修饰的蛋白质 [ 8 ]。因此，COM可能通过这种机制诱导氧化DNA损伤，从而增强非癌性肾细胞的致癌特性。然而，导致 COM 诱导 RCC 相关肿瘤抑制基因和癌基因改变以及血管生成因子增加的确切机制仍然未知，值得进一步研究，这可能会导致更好地了解 COM 晶体诱导的致癌作用。

综上所述，这些数据表明 COM 晶体会触发 EMT 和非癌性肾细胞中的几种致癌特征。这些机制可以解释和加强 KSD 和 RCC 之间的联系。

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