癌细胞来源的外泌体circUHRF1诱导自然杀伤细胞耗竭并可能导致肝细胞癌对抗PD1治疗耐药

Cancer cell-derived exosomal circUHRF1 induces natural killer cell exhaustion and may cause resistance to anti-PD1 therapy in hepatocellular carcinoma

作者信息Peng-Fei Zhang, Chao Gao, Xiao-Yong Huang, Jia-Cheng Lu, Xiao-Jun Guo, Guo-Ming Shi, Jia-Bin Cai, Ai-Wu Ke
PMID32593303
发布时间2020-06-27
DOI10.1186/s12943-020-01222-5

实验完整度

包含多层级验证:体外细胞共培养、外泌体功能实验、分子机制(circRIP、RIP、荧光素酶)、动物模型(体内转移、抗PD1治疗)及患者样本回顾性分析。

主要模型

HCC细胞系(HepG2、HCCLM3、SMMC-7721、Huh7、PLC/PRF/5和Hep3B) NK-92细胞系和健康供体来源的原代NK细胞 NOD/SCID小鼠皮下移植瘤和肺转移模型 HCC患者组织及血浆样本

重点核对

circUHRF1在HCC组织中的表达水平(qRT-PCR) 外泌体分离方法(超速离心或ExoQuick试剂盒)及外泌体鉴定(TEM、NanoSight、Western blot) NK细胞共培养条件(细胞比例1:1,时间24小时)及功能检测(IFN-γ和TNF-α ELISA) 分子机制验证(circRIP、RIP、荧光素酶报告实验) 动物实验条件(肿瘤细胞注射量5×10^6,NK细胞注射量1×10^6,Opdivo剂量100μg/次,每周3次,共2周)

摘要

目的 自然杀伤(NK)细胞在固有抗肿瘤免疫反应中发挥关键作用。近年来,已在包括肝细胞癌(HCC)在内的多种恶性肿瘤中证实了NK细胞功能障碍。然而,人类HCC中NK细胞功能障碍的分子生物学机制仍不清楚。方法 通过qRT-PCR检测HCC组织、外泌体和细胞系中环状泛素样含PHD和环指结构域1 RNA(circUHRF1)的表达。使用超速离心法和ExoQuick外泌体沉淀溶液试剂盒从HCC细胞培养上清和HCC患者血浆中分离外泌体,并通过透射电子显微镜、NanoSight和western blotting进行表征。通过ELISA评估circUHRF1在NK细胞功能障碍中的作用。进行体内circRNA沉淀、RNA免疫沉淀和荧光素酶报告基因实验以探讨circUHRF1在NK细胞中的分子机制。在一项回顾性研究中,确定了HCC组织中circUHRF1的临床特征和预后意义。结果 在此,我们报道人类HCC组织中circUHRF1的表达高于配对的相邻非肿瘤组织。circUHRF1水平升高提示HCC患者临床预后不良和NK细胞功能障碍。在HCC患者血浆中,circUHRF1主要由HCC细胞以外泌体方式分泌,并且circUHRF1抑制NK细胞来源的IFN-γ和TNF-α分泌。血浆外泌体circUHRF1水平升高与NK细胞比例降低和NK细胞肿瘤浸润减少相关。此外,circUHRF1通过降解miR-449c-5p上调TIM-3的表达,从而抑制NK细胞功能。最后,我们显示circUHRF1可能驱动HCC患者对抗PD1免疫治疗耐药。结论 外泌体circUHRF1主要由HCC细胞分泌,通过诱导HCC中NK细胞功能障碍促进免疫抑制。circUHRF1可能驱动对抗PD1免疫治疗的耐药,为HCC患者提供潜在的治疗策略。

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
探索circUHRF1在HCC中对NK细胞功能的影响及其分子机制,并评估其在抗PD1治疗耐药中的潜在作用。
核心机制
HCC细胞来源的外泌体circUHRF1通过海绵吸附miR-449c-5p并促进其降解,解除对TIM-3的抑制,上调TIM-3表达,从而诱导NK细胞耗竭,导致免疫逃逸和抗PD1治疗耐药。
主要证据
体外共培养实验显示外泌体circUHRF1抑制NK细胞分泌IFN-γ和TNF-α;分子机制实验证实circUHRF1与miR-449c-5p相互作用并上调TIM-3;动物实验显示circUHRF1过表达促进肿瘤转移并降低NK细胞浸润;回顾性分析显示PD组circUHRF1高表达且NKG2D阳性细胞减少。
研究意义
研究揭示了外泌体circUHRF1在HCC免疫逃逸和抗PD1耐药中的新机制,为HCC患者提供潜在的生物标志物和治疗靶点。

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

circUHRF1在HCC组织中的表达及临床相关性分析

验证circUHRF1在HCC中的差异表达及其与患者预后和临床病理特征的关系。

通过qRT-PCR检测240对HCC组织和配对的相邻非肿瘤组织中14种UHRF1来源的circRNA,确定circUHRF1为显著上调的circRNA;分析circUHRF1表达与HCC患者临床病理特征(肿瘤大小、NK细胞比例、微血管侵犯等)的相关性,并进行Kaplan-Meier生存分析和多因素Cox回归。

2

HCC细胞来源外泌体circUHRF1的鉴定及分泌验证

确认HCC细胞以外泌体方式分泌circUHRF1,并检测其在患者血浆中的水平。

从HCC细胞培养上清和HCC患者血浆中分离外泌体,通过透射电子显微镜(TEM)、NanoSight和western blot(检测外泌体标志物)进行表征;用qRT-PCR检测细胞和对应外泌体中circUHRF1的表达;比较健康供者与HCC患者血浆外泌体circUHRF1水平,并在手术前后及复发患者中检测变化。

3

外泌体circUHRF1对NK细胞功能的影响

验证HCC来源的外泌体circUHRF1是否抑制NK细胞功能。

将从健康供者分离的原代NK细胞与HCC细胞系(SMMC-7721和HCCLM3)或来自这些细胞的外泌体共培养,随后与K562细胞共培养检测IFN-γ和TNF-α分泌;使用外泌体抑制剂GW4869和circUHRF1敲低(shRNA)进一步验证circUHRF1的特异性。

4

circUHRF1与miR-449c-5p的相互作用及功能验证

确定circUHRF1与miR-449c-5p的靶向关系及对NK细胞功能的影响。

通过circRIP、RIP(AGO2抗体)、RNA pulldown和双荧光素酶报告实验验证circUHRF1与miR-449c-5p的直接结合;通过过表达或敲低circUHRF1和miR-449c-5p检测对NK细胞功能(IFN-γ和TNF-α分泌)的影响。

5

circUHRF1通过miR-449c-5p/TIM-3轴调节NK细胞耗竭

证实circUHRF1通过调控TIM-3表达诱导NK细胞耗竭。

通过双荧光素酶报告实验确认TIM-3是miR-449c-5p的直接靶基因;在NK-92细胞和原代NK细胞中检测过表达miR-449c-5p或circUHRF1对TIM-3 mRNA和蛋白水平的影响;在40例HCC患者外周NK细胞中分析circUHRF1、miR-449c-5p和TIM-3表达的相关性。

6

体内验证circUHRF1对HCC进展的影响

评估circUHRF1在体内对肿瘤生长和转移的影响及其与NK细胞的关系。

构建稳定过表达circUHRF1的PLC/PRF/5细胞,将其注射入NOD/SCID小鼠(同时注射健康供者NK细胞),建立肺转移模型,观察转移结节数目;分析肿瘤组织NKG2D阳性细胞数和血清外泌体circUHRF1水平。

7

circUHRF1对抗PD1治疗耐药的影响

验证circUHRF1是否导致HCC对抗PD1治疗耐药。

回顾性分析30例接受抗PD1治疗的HCC患者,根据RECIST1.1评估疗效,比较PR、SD和PD组circUHRF1表达及NKG2D浸润;建立皮下移植瘤模型(circUHRF1敲低HCCLM3细胞),给予抗PD1抗体(Opdivo)或同型对照,观察肿瘤生长和生存期。

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
杜氏改良Eagle培养基HyCloneSH30243
RPMI-1640培养基HyCloneSH30809
胎牛血清Gibco10100147
重组人白细胞介素-2NovoproteinGMP-C013
ExoQuick外泌体沉淀溶液SBI System BiosciencesEXOQ5A-1
Magna RIP RNA结合蛋白免疫沉淀试剂盒Millipore17-770
诱变试剂盒Qiagen200521
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher11668-019
双荧光素酶报告检测系统PromegaE1910
NK细胞分离试剂盒Miltenyi130-092-660
CD8+ T细胞分离试剂盒Miltenyi130-045-201
IFN-γ ELISA试剂盒eBioscienceKHC4021
TNF-α ELISA试剂盒eBioscienceBMS223HS
M-280链霉亲和素磁珠Invitrogen11205D
RNeasy小型RNA提取试剂盒QIAGEN74104
Opdivo(纳武单抗)----
SPSS软件(19.0)SPSS, Inc.--

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
细胞培养
HCC细胞系和NK-92细胞的培养基种类、血清浓度、IL-2添加量及培养条件(37°C, 5% CO2)
阅读提示:见 Methods 中 'Cell lines and clinical tissues'
外泌体分离与鉴定
外泌体分离方法(超速离心或ExoQuick试剂盒)、外泌体表征方法(TEM、NanoSight、Western blot标志物)
阅读提示:见 Methods 中 'Exosome isolation and electron microscopy'
circUHRF1表达检测
qRT-PCR引物序列及反应条件,circUHRF1的引物设计(应针对反向剪接位点)
阅读提示:见 Additional file 2: Supplementary Table 1
NK细胞共培养和功能检测
NK细胞来源(健康供者PBMC),共培养比例(1:1)和时间(24小时),后续与K562共培养刺激条件,ELISA检测IFN-γ和TNF-α的试剂盒
阅读提示:见 Methods 中 'Preparation of purified NK cells and CD8+ T cells' 和 'ELISA',及 Figure 3 legend
分子机制验证
circRIP和RIP的具体实验条件(抗体、探针序列、磁珠类型),双荧光素酶报告基因构建(野生型和突变型circUHRF1和TIM-3 3' UTR),转染试剂及剂量
阅读提示:见 Methods 中 'RNA immunoprecipitation (RIP)', 'In vivo circRNA precipitation (circRIP)', 'Luciferase reporter assay' 及 Related Figures
动物实验
小鼠品系(NOD/SCID)、周龄(4-6周),肿瘤细胞注射数量(5×10^6)和途径(皮下),NK细胞注射数量(1×10^6)和途径(尾静脉),抗PD1抗体(Opdivo)剂量(100μg/次)和给药方案(每周3次,共2周),肿瘤体积测量公式((length x width^2)/2)
阅读提示:见 Methods 中 'In vivo anti-PD1 experiments'
临床样本分析
HCC患者标本的收集方法、样本量(240对组织,40例外周NK细胞,30例抗PD1治疗患者),治疗评估标准(RECIST1.1),随访信息
阅读提示:见 Methods 中 'Cell lines and clinical tissues' 和 Results 相关段落
统计分析
统计软件(SPSS 19.0),检验方法(t检验、卡方检验、Kaplan-Meier分析、Cox回归),显著性阈值(P<0.05)
阅读提示:见 Methods 中 'Statistical analysis'