《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》：Obese serum factors aggravate DNA damage, alter DNA damage response, and promote proliferation in colon cancer cells
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肥胖通过影响DNA损伤应答促进结直肠癌发展，高脂血清诱导细胞DNA损伤及DDR激活，同时促进异常增殖。肥胖与DNA损伤、细胞周期调控及癌症发生的关系机制。
Bhavana Deshmukh | Himanshi Yaduvanshi | Firoz Khan Bhati | Manoj Kumar Bhat
生物技术研究与创新委员会 - 国家细胞科学中心（BRIC-NCCS），Savitribai Phule浦那大学校区，Ganeshkhind，浦那411 007，印度
摘要
临床数据显示肥胖与DNA损伤之间存在正相关关系，而DNA损伤已被证实与多种病理状况有关。肥胖还会增加患癌症（包括结肠癌）的风险。然而，将肥胖引起的DNA损伤反应（DDR）变化与结肠癌联系起来的潜在机制仍很大程度上尚未被探索。本研究旨在探讨肥胖环境下细胞DNA损伤反应的功能状态及其与结肠癌的关联。为此，我们在添加了正常脂肪饮食（ND）和高脂肪饮食（HFD）小鼠血清的培养基中培养细胞，并评估了DNA损伤反应及相关表型参数。
实验结果表明，在HFD血清中培养的细胞表现出DNA损伤增加，同时DNA修复分子水平降低，以及DDR的激活，这通过pH2AX、P-p53Ser15和pchk2蛋白水平的升高得到证实。此外，HFD血清培养的细胞增殖速度更快。进一步研究发现，喂食HFD的C57BL6/J小鼠在给予阿佐氧甲基烷/硫酸葡聚糖钠（AOM/DSS）后，其结肠息肉的发生率高于喂食ND的小鼠。有趣的是，在ATM基因敲除小鼠（ATM是一种关键的DDR相关分子）中，息肉的发生率也高于ATM野生型小鼠，这表明ATM可能在息肉形成中起作用。因此，通过干扰DDR和DNA修复途径并促进细胞存活，肥胖为细胞增殖创造了有利环境。总体而言，这项临床前研究加深了我们对肥胖引起的DDR变化及其与癌细胞增殖之间关联的理解。
引言
癌症和肥胖是全球最严重的健康问题之一，大量人口受到这些疾病的影响。较高的身体质量指数（BMI）和脂肪分布（中心性肥胖）被认为是癌症的主要风险因素。据报道，大约14%的男性癌症死亡和20%的女性癌症死亡可归因于肥胖[1],[2],[3]。在肥胖状态下，过度积累的脂肪组织像内分泌器官一样分泌多种生物活性分子（称为脂联素）。血清中脂联素水平的升高与肥胖相关疾病的发病机制有关，如高血压、心血管疾病、2型糖尿病、骨关节炎、肝病和肾衰竭[4]。脂联素通过与相应受体结合来发挥作用，这些受体通过特定途径（包括JAK–STAT和ERK/MAP激酶信号通路）将信号传递给转录因子。
此外，肥胖个体的血清因子、脂联素和氧化应激会破坏DNA（脱氧核糖核酸）损伤反应（DDR）和细胞周期调控，从而有利于表型改变或转化细胞的存活。有趣的是，在与肥胖相关的糖尿病中，8-羟基-2′-脱氧鸟苷（8-OHdG）的血清水平升高，这是氧化DNA损伤的标志物[5]。此外，肥胖状态下氧化应激和DNA损伤也会增加[6]。肥胖患者常伴有慢性炎症，炎症参数会增强细胞内的氧化应激并诱导DNA损伤反应[7]。因此，肥胖相关因素通过改变DDR途径在癌症发病机制中的作用不可低估。
肥胖使患结直肠癌的风险增加1.5到2倍[8]。根据GLOBOCAN 2020的数据，结肠癌是全球第三大常见癌症，在男女中癌症相关死亡率中排名第二。据估计，到2035年，结肠癌的死亡率将增加71.5%[9]。
已有研究表明，DDR级联反应的改变会促进遗传不稳定[10]。当正常细胞受到遗传损伤时，其DDR机制能有效修复损伤。携带受损DNA的细胞会在细胞周期检查点被监测并通过凋亡被清除。然而，如果DNA损伤在细胞周期进展过程中持续存在，可能导致异常细胞增殖。许多人类恶性肿瘤是由于编码DDR分子的基因突变引起的[11]。我们实验室和其他团队的研究显示，肥胖会加速黑色素瘤[12]和乳腺癌[14]的进展。从机制上看，多个信号通路的激活与肿瘤进展有关。Vergoni等人报告称，高脂肪饮食（HFD）会诱导小鼠脂肪细胞的DNA损伤，缩短端粒，并激活p53通路[15]。此外，ATM相关蛋白（ataxia-telangiectasia, ATM）的失活突变与乳腺癌的高风险和结肠癌的中等风险相关[16]。
癌症的发生是由于正常细胞中的DNA损伤无法修复，导致基因异常。基因损伤和DNA损伤会激活复杂的信号通路，调节DNA修复、细胞存活、衰老和凋亡。在癌细胞中，突变、氧化应激和复制应激会导致DNA损伤增加以及DNA修复能力下降，从而推动基因组不稳定[16]。这些细胞命运决定与癌症的发生和发展密切相关。因此，研究DNA损伤反应（DDR）相关的分子事件对于理解肥胖与癌症之间的联系至关重要。本文的研究结果揭示了肥胖相关因素如何调节DDR，可能促进肥胖条件下的癌症发展和进展。
部分内容
细胞系和培养条件
小鼠结肠癌细胞CT26和MC38分别由印度科学研究所（IISc）的Dipankar Nandi博士和西班牙应用医学研究中心（CIMA）的Ruben Hernandez博士提供。小鼠前脂肪细胞3T3-L1来自ATCC，并保存在印度国家细胞科学中心（NCCS）的内部细胞库中。HCT116 p53 +/+（人源，结肠癌）细胞由美国约翰霍普金斯大学的Bert Vogelstein博士慷慨捐赠。
HFD血清因素导致细胞DNA损伤
我们实验室之前的研究表明，喂食HFD的肥胖小鼠在暴露于致癌物阿佐氧甲基烷（AOM）后，结肠息肉的发生率高于喂食ND的对照组小鼠。由于AOM的代谢产物通过DNA烷基化导致关键基因突变，肥胖相关因素可能会进一步加剧DNA损伤。为了探讨肥胖相关血清因素对体外DNA损伤的影响，我们使用了源自小鼠的结肠癌细胞CT26（p53野生型）和MC38（p53突变型）进行研究。
讨论
临床和临床前研究均表明，在肥胖条件下各种类型的细胞中DNA损伤会增加[6],[27],[28],[29]。本研究表明，HFD血清相关因素会导致培养细胞中的DNA损伤增加和DNA损伤反应（DDR）改变。据我们所知，这是首次专门研究肥胖对结肠癌细胞中DDR影响的研究。
我们的数据表明，DNA损伤的发生与细胞类型有关
结论
本研究表明，HFD血清因素会在体外导致癌细胞和非癌细胞中的DNA损伤。它还会通过增加pH2AX、磷酸化p53和pchk2的水平来改变DDR，同时下调修复分子。值得注意的是，pH2AX的诱导随后会引发DDR反应，这可能导致细胞衰老或凋亡。然而，HFD血清反而促进了细胞存活。总体而言，DDR的失调
注释
本工作是为了完成提交给印度浦那Savitribai Phule大学的博士论文的一部分而进行的。
作者贡献声明
Bhavana Deshmukh：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法学设计、实验研究、数据分析、概念构思。Himanshi Yaduvanshi：写作 – 审稿与编辑、实验研究、数据分析。Firoz Khan Bhati：写作 – 审稿与编辑、数据分析。Manoj Kumar Bhat：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、资源协调、资金获取、概念构思。
伦理批准和参与同意
所有动物实验均按照印度政府动物实验控制与监督委员会（CPCSEA）的指南进行，并获得了研究所动物伦理委员会（IAEC）的批准（IAEC/2018/B-335、IAEC/2018/B-336和IAEC/2024/B-473）。
资金支持
本工作得到了BRIC-NCCS的内部资助，资金来自印度政府的生物技术部（DBT），以及科学与工程研究委员会（SERB）的研究资助（批准编号CRG/2020/005264，日期为2023年5月29日）。资助机构未参与研究设计、数据收集、数据分析、发表决定或手稿撰写。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究工作。
致谢
作者感谢印度浦那BRIC-NCCS的前主任S.C. Mande博士和已故的Mohan R Wani博士对这项工作的支持与鼓励。B.D.和F.B.感谢印度新德里的大学拨款委员会（UGC）；H.Y.感谢印度科学与工业研究委员会（CSIR）的支持。同时感谢实验动物设施（EAF）、共聚焦显微镜设施、荧光激活细胞分选器（FACS）设施等提供的支持。
