子宫内膜异位症相关间充质干细胞通过铁调节支持卵巢透明细胞癌

Endometriosis-Associated Mesenchymal Stem Cells Support Ovarian Clear Cell Carcinoma through Iron Regulation

作者信息Huda I Atiya, Leonard Frisbie, Ester Goldfeld, Taylor Orellana, Nicole Donnellan, Francesmary Modugno, Michael Calderon, Simon Watkins, Rugang Zhang, Esther Elishaev, Thing Rinda Soong, Anda Vlad, Lan Coffman
PMID36219681
发布时间2022-12-16
DOI10.1158/0008-5472.CAN-22-1294

实验完整度

包括体外共培养、类器官球形成、皮下及原位异种移植小鼠模型、RNA-seq、蛋白印迹、铁池检测及铁死亡诱导等功能与机制验证,证据层级充分。

主要模型

TOV-21G、RMG1、OVISE卵巢透明细胞癌细胞系 患者来源的子宫内膜异位症间充质干细胞(enMSC) NSG小鼠皮下及卵巢原位移植瘤模型

重点核对

CD10阴性与阳性enMSCs的分离及CD10表达阈值(<40%为低,>60%为高) 细胞共培养比例(OCCC与enMSC 1:1)及培养时间(3-5天) erastin和DHA的浓度范围(0.5-10 μmol/L)及处理时间 体内模型:2×10^5细胞注射量,erastin剂量10 mg/kg每日,治疗20天 铁螯合剂DFO浓度及铁供体FAC浓度(0.05-0.2 μmol/L)

摘要

卵巢透明细胞癌(OCCC)是一种致命且耐药的癌症,发生于子宫内膜异位症独特的微环境中。在本研究中,我们鉴定了一组子宫内膜异位症来源的间充质干细胞(enMSC)亚群,其特征是CD10表达缺失,特异性支持OCCC生长。RNA测序鉴定出CD10阴性enMSCs中铁输出的改变,以及共培养OCCC细胞中金属转运的相互变化。CD10阴性enMSCs表现出铁输出蛋白hephaestin和ferroportin表达升高,并向相关的OCCC捐赠铁,功能性地增加细胞内不稳定铁水平。铁是OCCC生长所必需的,CD10阴性enMSCs阻止了铁螯合的生长抑制作用。此外,enMSC介导的OCCC铁增加导致对铁死亡的独特敏感性。在体外和体内,使用铁死亡诱导剂erastin治疗导致与CD10阴性enMSCs共培养的癌细胞显著死亡。总的来说,这项工作描述了一种通过铁捐赠实现基质介导的肿瘤支持的新机制。这项工作还定义了子宫内膜异位症相关MSCs在支持OCCC生长中的重要作用,并确定了OCCC基于基质表型对铁死亡的临界治疗脆弱性。

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
子宫内膜异位症微环境中的间充质干细胞是否以及如何支持卵巢透明细胞癌的生长?
核心机制
CD10阴性的enMSCs通过高表达铁输出蛋白hephaestin和ferroportin,将铁输出至微环境,增加OCCC细胞内不稳定铁池(LIP),从而促进肿瘤生长,同时诱导OCCC对铁死亡的敏感性。
主要证据
体外共培养显示CD10阴性enMSCs促进OCCC增殖、化疗耐药和球形成;RNA-seq及蛋白印迹显示铁调节通路改变;LIP检测证实铁捐赠;体内模型证实CD10阴性enMSCs肿瘤生长更快、转移更多、生存期缩短。
研究意义
该研究揭示了基质细胞通过铁捐赠支持肿瘤生长的新机制,并确定OCCC对铁死亡诱导剂的敏感性可作为治疗靶点,同时CD10丢失可能作为子宫内膜异位症恶变风险的标志物。

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

分离和鉴定子宫内膜异位症间充质干细胞

从子宫内膜异位症组织中分离并鉴定间充质干细胞,为后续功能实验提供细胞模型。

从良性子宫内膜异位症手术标本中分离MSCs,通过流式细胞术验证CD73/CD90/CD105阳性、CD45/CD34/CD14/CD19阴性,并验证三系分化能力。

2

评估enMSCs对OCCC生长的功能影响

检测不同enMSC亚群对OCCC增殖、化疗耐药和球形成的影响。

将OCCC细胞与CD10low或CD10high enMSCs共培养,使用CellTrace Violet标记肿瘤细胞,计数细胞数量;加入顺铂或铁死亡诱导剂处理;进行球形成实验。

3

验证CD10表达对enMSC功能的影响

确定CD10表达是否决定enMSCs的促肿瘤或抑肿瘤功能。

通过流式分选获得CD10+和CD10− enMSC亚群,分别与OCCC共培养;利用慢病毒shRNA敲低或过表达CD10,观察对OCCC生长和化疗敏感性的影响。

4

RNA-seq分析差异表达基因和通路

鉴定CD10−与CD10+ enMSCs及其共培养OCCC细胞的转录组差异,特别是金属离子转运相关通路。

对CD10− enMSCs(8例患者)和CD10+ enMSCs(3例患者)以及共培养的TOV-21G细胞(每组4个样本)进行RNA-seq,使用DESeq2分析差异表达基因,并进行GO富集分析。

5

验证铁调节相关蛋白表达和铁池变化

验证CD10− enMSCs中铁输出蛋白表达升高,并检测共培养后OCCC细胞内铁水平的变化。

通过Western blot检测enMSCs中HEPH、FPN1、FTH、FTL蛋白水平;使用钙黄绿素AM荧光探针测量OCCC和enMSCs中不稳定铁池(LIP)。

6

评估铁螯合和铁供体对OCCC生长的影响

验证铁对OCCC生长的必要性,以及CD10− enMSCs能否通过铁供应部分逆转铁螯合剂的抑制作用。

使用递增浓度的DFO处理单独培养或与CD10−/CD10+ enMSCs共培养的OCCC细胞;用FAC处理单独培养的OCCC细胞,观察生长变化。

7

检测铁死亡诱导剂对共培养OCCC的影响

评估CD10− enMSCs是否增加OCCC对铁死亡诱导剂的敏感性,并验证铁死亡的发生。

使用不同浓度erastin或DHA处理单独培养或与CD10−/CD10+ enMSCs共培养的OCCC细胞,检测细胞活力;用BODIPY 581/591 C11和4-HNE染色检测脂质过氧化。

8

体内模型验证enMSCs对肿瘤生长和铁死亡诱导的影响

在体内验证CD10− enMSCs促进OCCC生长并增加对铁死亡诱导剂的敏感性,评估erastin的治疗效果。

将TOV-21G细胞单独或与CD10−/CD10+ enMSCs共注射到NSG小鼠皮下或卵巢囊内,监测肿瘤生长;用erastin治疗,评估肿瘤负担和生存期。

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
乳腺上皮细胞基础培养基Lonza--
MCDB 105培养基----
199培养基----
RPMI1640培养基----
DMEM/F12培养基----
胎牛血清----
B27添加剂----
表皮生长因子----
氢化可的松--50-23-7
胰岛素--11061-68-0
β-成纤维细胞生长因子----
青霉素/链霉素----
庆大霉素--1403-66-3
抗CD10抗体Thermo Fisher Scientific17-0106-42
CellTrace Violet染料InvitrogenC34571
CellTrace Yellow染料InvitrogenC34573
顺铂--15663-27-1
ErastinMedChemExpressHY-15763
RNeasy Mini试剂盒Qiagen28106
NanoDrop ND-1000分光光度计----
SuperScript III第一链合成系统Invitrogen18080-051
SYBR Green预混液Applied Biosystems4472908
CFX96实时荧光定量PCR系统Bio-Rad--
NucleoSpin RNA试剂盒Machery-Nagel--
Illumina测序平台Illumina--
NSG小鼠The Jackson Laboratory005557
RIPA裂解液Pierce89900
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23227
NuPAGE SDS凝胶Invitrogen--
PVDF膜----
抗铁蛋白L抗体Abcamab69090
抗铁蛋白H抗体Abcamab65080
抗Ferroportin抗体Abcamab58695
抗转铁蛋白受体抗体Abcamab84036
抗HEPH抗体Abcamab108003
SuperSignal West Pico PLUS化学发光底物Pierce34577
钙黄绿素AMInvitrogenC1430
去铁胺Sigma-Aldrich70-51-9
BODIPY 581/591 C11Invitrogen--
抗4-羟基壬烯醛抗体MilliporeAB5605
Alexa Fluor 546二抗Thermo Fisher ScientificA-11056
柠檬酸铁铵MP Biomedicals158040

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
enMSC分离与鉴定
患者数量、组织来源、培养条件(MEBM培养基成分),CD10表达阈值(低<40%,高>60%),传代次数(<8-10,实验用≤5)
阅读提示:Materials and Methods: enMSCs
体外共培养功能实验
共培养比例(1:1),肿瘤细胞数量(1×10^4),培养时间(4天),顺铂浓度(0.5,1,2 μg/mL),erastin/DHA浓度范围(0.5-10 μmol/L)
阅读提示:Materials and Methods: Proliferation, chemoresistance, and ferroptosis induction assays
球形成实验
细胞接种数量(1×10^3 OCCC细胞/孔或与enMSC各0.5×10^3),培养时间(7天),定义球体(>4细胞)
阅读提示:Materials and Methods: Sphere formation assay
RNA-seq
样本数量(CD10- enMSC n=8,CD10+ enMSC n=3,共培养TC每组n=4),差异表达阈值(Padj ≤0.05, |log2FC|≥1),参考基因组hg38
阅读提示:Materials and Methods: RNA sequencing
铁蛋白表达检测
抗体稀释比例(1:1000,HEPH 1:500),细胞裂解和蛋白定量方法
阅读提示:Materials and Methods: Immunoblotting
LIP检测
细胞数量(1×10^5 OCCC),CA-AM浓度(0.125 μmol/L),DFO浓度(100 mmol/L),孵育时间
阅读提示:Materials and Methods: Labile iron pool assay
铁螯合和铁供体实验
DFO浓度(递增),FAC浓度(0-0.2 μmol/L),培养时间(4天)
阅读提示:Materials and Methods: Ferric ammonium citrate treatment
铁死亡检测
erastin浓度(1 μmol/L),BODIPY浓度(1.5 mmol/L 储液,孵育20分钟),4-HNE染色条件
阅读提示:Materials and Methods: BODIPY assay, 4-Hydroxynonenal staining
体内动物实验
小鼠品系(NSG),年龄(6-8周),细胞注射量(2×10^5),注射部位(皮下或卵巢囊),erastin剂量(10 mg/kg/天),治疗时间(20天),终点标准
阅读提示:Materials and Methods: Mouse models
统计分析方法
统计检验方法(Student t test, ANOVA, log-rank),数据表示(mean±SEM),重复次数(至少3次)
阅读提示:Materials and Methods: Statistical analysis