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:
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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
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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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