肝脏微环境通过LIPG介导的生长和生存途径独特地保护白血病细胞

The Hepatic Microenvironment Uniquely Protects Leukemia Cells through Induction of Growth and Survival Pathways Mediated by LIPG

作者信息Haobin Ye, Mohammad Minhajuddin, Anna Krug, Shanshan Pei, Chih-Hsing Chou, Rachel Culp-Hill, Jessica Ponder, Erik De Bloois, Björn Schniedewind, Maria L Amaya, Anagha Inguva, Brett M Stevens, Daniel A Pollyea, Uwe Christians, H Leighton Grimes, Angelo D'Alessandro, Craig T Jordan
PMID33028621
发布时间2021-02
DOI10.1158/2159-8290.CD-20-0318

实验完整度

研究包含多个独立证据层级:体外细胞实验、体内小鼠模型(bcCML、MLL-AF9、FDN)和患者样本验证,并进行了功能验证(LIPG过表达/敲除)和机制验证(Erk信号、抗凋亡蛋白)。

主要模型

bcCML小鼠模型 MLL-AF9小鼠模型 FDN小鼠模型 NSG小鼠异种移植模型(人原代白血病细胞)

重点核对

LIPG表达水平(mRNA和蛋白)在肝和骨髓白血病细胞中的差异 多不饱和脂肪酸(尤其亚油酸)在肝白血病细胞中的富集及其对Erk信号和细胞增殖的影响 LIPG过表达或敲除对白血病细胞增殖、化疗敏感性和抗凋亡蛋白表达的影响 化疗方案(Ara-C和doxorubicin的剂量、给药方式和时间)及ABT-263联合治疗的效应 肝损伤相关酶(AST、ALT、XO、CDA)活性在白血病小鼠和患者血浆中的变化及其对Ara-C降解的影响

摘要

由于白血病的播散性,恶性细胞暴露于许多不同的组织微环境中,包括各种髓外部位。在本研究中,我们证明驻留在肝脏中的白血病细胞表现出独特的生物学特性,并且还通过影响化疗的生理反应来促进全身性变化。具体而言,肝脏微环境通过上调白血病细胞中内皮脂肪酶(LIPG)的表达诱导代谢适应,这不仅通过多不饱和脂肪酸(PUFA)介导的途径刺激肿瘤细胞增殖,而且通过稳定抗凋亡蛋白促进生存。此外,恶性细胞引起的肝脏浸润和组织损伤诱导释放能够降解化疗药物的肝源性酶,这一事件进一步保护白血病细胞免受常规治疗的影响。总之,这些研究证明了肝脏在调节白血病发病机制中的独特作用,并提示肝脏微环境可能保护白血病细胞免受化疗攻击。

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
肝脏微环境如何影响白血病细胞的生物学特性,特别是其在化疗抵抗中的作用?
核心机制
肝脏微环境通过上调LIPG表达,促进白血病细胞利用HDL中的磷脂转化为多不饱和脂肪酸(PUFA),激活Erk信号通路促进增殖;同时LIPG通过稳定抗凋亡蛋白BCL-2和BCL-XL增强生存。此外,白血病细胞浸润导致肝损伤,释放可降解化疗药物的酶(如CDA)进一步保护白血病细胞。
主要证据
在bcCML、MLL-AF9和FDN小鼠模型中,肝白血病细胞和LSC比例高于骨髓;LIPG过表达增加细胞增殖和化疗抵抗,LIPG敲除降低这些效应;ABT-263联合化疗增强杀伤效果;人原代白血病细胞异种移植实验显示类似现象。
研究意义
本研究揭示肝脏作为白血病细胞的保护性微环境,提出针对肝脏特异性代谢改变的治疗策略可能改善白血病患者的预后。

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

肝脏作为白血病干细胞(LSC)的髓外储库的验证

确定肝脏是否富含功能性LSC,并评估其化疗抵抗表型。

使用bcCML、MLL-AF9和FDN小鼠模型,通过肝脏灌注、流式分析、极限稀释移植实验和化疗处理,检测肝与骨髓中白血病负担、LSC频率和化疗后残余。

2

肝LSC的基因表达和代谢特征分析

比较肝与骨髓LSC的转录组和代谢组差异,寻找关键通路。

对肝和骨髓LSC进行RNA-seq和代谢组学分析,GSEA富集分析,BrdU掺入实验检测细胞周期,定量不同PUFA种类。

3

PUFA对白血病细胞增殖和Erk信号的影响

确定PUFA是否促进白血病细胞增殖并激活Erk通路。

体外培养LSC或lin-细胞,加入不同PUFA,检测细胞数量和Erk磷酸化;体内注射亚油酸钠,观察白血病负担。

4

LIPG在PUFA代谢和化疗抵抗中的作用

验证LIPG是否调节PUFA代谢,并赋予白血病细胞增殖和化疗抵抗。

在白血病细胞中过表达或敲除LIPG,检测PUFA水平、细胞增殖、Erk激活、体外活力、体内化疗反应和生存期。

5

LIPG调节抗凋亡蛋白BCL-2和BCL-XL的表达

阐明LIPG通过何种机制保护白血病细胞免受化疗。

检测LIPG过表达或敲除后BCL-2、BCL-XL、MCL-1蛋白表达;用放线菌酮追踪蛋白降解;用ABT-263抑制BCL-2/BCL-XL,评估化疗增敏效果。

6

内源性LIPG在肝白血病细胞中的功能验证

确认内源性LIPG对肝白血病细胞增殖和化疗抵抗的必要性。

使用LIPG敲除细胞移植小鼠,检测白血病负担、LSC百分比、Erk磷酸化、PUFA水平、生存期。

7

肝损伤和酶释放对化疗药物降解的影响

探讨白血病浸润引起的肝损伤是否导致全身性化疗药物降解。

测量血清AST、ALT、XO、CDA活性;体外将Ara-C与血清预孵育,检测细胞毒性;质谱检测Ara-C和Ara-U;比较门静脉和肝静脉血浆酶活性。

8

人类白血病细胞中的验证

验证小鼠模型中的发现是否适用于人类白血病。

将人原代bcCML/AML样本移植到NSG小鼠,检测肝浸润、LIPG表达、PUFA水平、Erk激活、化疗敏感性;分析患者血浆酶活性和HDL水平。

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
BD ARIA II 细胞分选仪BD Biosciences--
Vanquish 超高效液相色谱Thermo Fisher--
Q Exactive 质谱仪Thermo Fisher--
Kinetex XB-C18 色谱柱Phenomenex--
PE/Cy7 抗小鼠 Ly-6A/E (Sca-1) 抗体Biolegend108114
Alexa Fluor 700 大鼠抗小鼠 CD45 抗体BD Biosciences560510
APC/Cyanine7 抗小鼠 TER-119 抗体Biolegend116223
APC/Cy7 抗小鼠/人 CD45R/B220 抗体Biolegend103224
APC/Cyanine7 抗小鼠 CD3 抗体Biolegend100222
APC/Cyanine7 抗小鼠 Ly-6G/Ly-6C 抗体Biolegend108424
PE/Cy7 抗小鼠 CD16/32 抗体Biolegend101318
APC 抗 BrdU 抗体Biolegend364114
PE 抗 BrdU 抗体Biolegend339811
PE APC/Cyanine7 抗小鼠 CD127 (IL-7Rα) 抗体Biolegend135039
APC/Cyanine7 抗小鼠 Ly-6A/E (Sca-1) 抗体Biolegend108125
APC 膜联蛋白 VBD Biosciences550475
PE 大鼠抗小鼠 CD34 抗体BD Biosciences551387
LIPG 抗体LS BioLS C348949
Actin 抗体(HRP)Santa Cruz Biotechnologysc-8432 HRP
MCL-1 抗体Cell Signaling Technology94296
BCL-2 抗体(小鼠优选)Cell Signaling Technology3498
BCL-2 抗体Cell Signaling Technology15071
BCL-XL 抗体Cell Signaling Technology2764
p44/42 MAPK (Erk1/2) 抗体Cell Signaling Technology9102
磷酸化 p44/42 MAPK (Erk1/2) (Thr202/Tyr204) 抗体Cell Signaling Technology9102
SCH772984MedchemexpressHY-50846
ABT-263MedchemexpressHY-10087
亚油酸Caymanchem90150
二十碳五烯酸Caymanchem90110
二十二碳六烯酸Caymanchem90310
二高-γ-亚麻酸Caymanchem90230
二十二碳五烯酸Caymanchem90165
亚油酸钠盐Sigma-AldrichL8134
牛血清白蛋白Sigma-AldrichA7030
二十碳四烯酸Sigma-AldrichH3023
Cas9 2NLS 核酸酶Synthego--
盐酸多柔比星Tocris2252
阿糖胞苷Tocris4520
PerfeCTa SYBR Green FastMix 反应混合液QuantaBio95072-05K
天冬氨酸氨基转移酶活性比色测定试剂盒BiovisionK753
丙氨酸氨基转移酶活性比色/荧光测定试剂盒BiovisionK752
黄嘌呤氧化酶活性比色/荧光测定试剂盒BiovisionK710
γ-谷氨酰转移酶活性比色测定试剂盒BiovisionK784
胞苷脱氨酶活性测定试剂盒(荧光法)BiovisionK451
HDL和LDL/VLDL定量比色/荧光试剂盒BiovisionK613

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
小鼠模型
模型类型:bcCML、MLL-AF9、FDN;细胞移植剂量:bcCML 25,000 bulk cells/mouse,MLL 20,000 GFP+ cells/mouse,FDN 1 million cells/mouse;异种移植:NSG小鼠,2百万细胞/只
阅读提示:见Materials and Methods 'Generation of leukemia models' 和 'Xenograft models'
化疗方案
长期化疗:Ara-C 50 mg/kg i.p. 5天,doxorubicin 1.5 mg/kg i.p. 前3天;短期化疗:Ara-C 50 mg/kg i.p. 2天,doxorubicin 1.5 mg/kg i.p. 2天;具体剂量和给药时间需核对
阅读提示:见Materials and Methods 'Chemotherapy treatment'
LIPG过表达和敲除
过表达载体:pMYs-IRES-Neo;敲除方法:Cas9-sgRNA电穿孔,sgRNA序列(sg3);电穿孔条件:1700V, 20ms, 1脉冲
阅读提示:见Materials and Methods 'LIPG overexpression and LIPG knock-out'
PUFA处理
体外PUFA浓度:10 μM;体内亚油酸钠剂量:200 mg/kg i.p.;处理时间点和频率需核对
阅读提示:见Results 图2E-2F 和 Materials and Methods 'Mice treatment'中的'SCH772984 and sodium linoleate treatments'
ABT-263治疗
ABT-263剂量:50 mg/kg p.o.;给药方案和时间点需核对
阅读提示:见Materials and Methods 'ABT-263 treatment'
肝酶活性测定
使用Biovision试剂盒,具体步骤按说明书
阅读提示:见Materials and Methods 'Plasma HDL and LDL/VLDL and serum enzymes activity measurements'