神经酰胺合酶1的下调通过内质网应激促进口腔癌

Downregulation of ceramide synthase 1 promotes oral cancer through endoplasmic reticulum stress

作者信息Wen Chen, Chenzhou Wu, Yafei Chen, Yuhao Guo, Ling Qiu, Zhe Liu, Haibin Sun, Siyu Chen, Zijian An, Zhuoyuan Zhang, Yi Li, Longjiang Li
PMID33753723
发布时间2021-03-22
DOI10.1038/s41368-021-00118-4

实验完整度

高

包含临床组织样本分析、体外细胞功能实验、体内Cers1敲除小鼠模型及机制验证(ER应激、VEGFA调控)。

主要模型

口腔鳞状细胞癌细胞系(SCC25, CAL27, HSC-2, HSC-3) Cers1敲除C57BL/6小鼠4NQO诱导口腔癌模型 口腔癌患者组织样本(48例)

重点核对

CERS1表达:RT-PCR检测48对口腔癌及癌旁组织,Western blot检测细胞系 siRNA转染:100 nmol/L CERS1 siRNA及ATF4 siRNA转染SCC25和CAL27细胞 体内模型:Cers1敲除小鼠(C57BL/6)经4NQO处理16周后观察8周 顺铂处理:40 nmol/L顺铂处理12小时 低剂量衣霉素预处理:1 μg/mL TM处理2小时

摘要

C18神经酰胺在口腔鳞状细胞癌的发生和发展中起着重要作用。然而,神经酰胺合酶1(C18神经酰胺合成的关键酶)在口腔鳞状细胞癌中的功能仍不清楚。我们研究的目的是探讨神经酰胺合酶1与口腔癌之间的关系。在本研究中,我们发现神经酰胺合酶1在口腔癌组织和细胞系中表达下调。在4-硝基喹啉-1-氧化物诱导的小鼠口腔鳞状细胞癌模型中,神经酰胺合酶1敲除与口腔恶性转化的严重程度相关。免疫组织化学研究显示,在病理增生区域,PCNA、MMP2、MMP9和BCL2的表达显著上调,而BAX的表达下调。此外,体外实验中,神经酰胺合酶1敲低促进细胞增殖、迁移和侵袭。CERS1的过表达则获得相反的效果。神经酰胺合酶1敲低引起内质网应激并诱导VEGFA上调。激活转录因子4负责神经酰胺合酶1敲低引起的VEGFA转录上调。此外,神经酰胺合酶1敲低引起的轻度内质网应激可诱导顺铂耐药。综上所述,我们的研究表明神经酰胺合酶1在口腔癌中下调,并促进口腔鳞状细胞癌的侵袭性和化疗药物耐药性。

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
CERS1在口腔鳞状细胞癌中的表达、功能及机制尚不明确,其下调是否促进肿瘤进展和化疗耐药?
核心机制
CERS1下调诱导轻度内质网应激,激活PERK/eIF2α/ATF4通路,上调VEGFA转录,从而促进肿瘤细胞增殖、迁移、侵袭,并抑制凋亡,导致顺铂耐药。
主要证据
临床样本RT-PCR显示CERS1下调并与预后不良相关;体外siRNA敲低及过表达实验验证了功能改变;Cers1敲除小鼠4NQO模型显示肿瘤发生率增加;ER应激标志物和VEGFA表达上调,双荧光素酶报告基因证明VEGFA转录依赖ATF4。
研究意义
本研究揭示了CERS1在口腔癌中的抑癌作用及机制,为口腔癌的发生发展机制提供了新见解,并为CERS1作为治疗靶点或预后标志物提供了可能(作者未明确外推临床应用)。

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

临床样本与细胞系表达分析

检测CERS1在口腔癌组织及细胞系中的表达水平,及其与患者预后和临床病理特征的关系。

收集48例口腔癌患者的癌症组织和癌旁正常组织,提取RNA进行RT-PCR检测CERS1表达;同时检测口腔癌细胞系(SCC25、CAL27、HSC-2、HSC-3)与非恶性细胞(HOK、DOK)中CERS1的表达水平;通过Kaplan-Meier生存分析评估CERS1表达与患者生存的关系。

2

体外CERS1敲低和过表达功能验证

验证CERS1敲低或过表达对口腔癌细胞增殖、迁移、侵袭和凋亡的影响。

使用siRNA敲低CERS1或质粒过表达CERS1后,通过CCK-8、集落形成、EdU掺入、划痕愈合、Transwell侵袭、流式凋亡等实验检测细胞功能变化。

3

体内Cers1敲除小鼠模型验证

在体内验证Cers1敲除对4NQO诱导口腔癌发生的影响。

利用CRISPR/Cas9建立Cers1敲除小鼠,经4NQO饮水处理诱导口腔癌,观察舌部病变形成,并通过组织病理学分析(H&E染色、免疫组化)评估病变程度和标志物表达。

4

机制探究:ER应激与VEGFA调控

探究CERS1敲低诱导内质网应激及其对VEGFA转录调控的分子机制。

通过RT-PCR和Western blot检测ER应激标志物(BIP、ATF4、CHOP)和VEGFA的表达;利用双荧光素酶报告基因实验验证ATF4对VEGFA启动子的调控作用。

5

顺铂耐药性评估

验证CERS1敲低是否通过诱导轻度内质网应激导致顺铂耐药。

低剂量衣霉素(TM)作为阳性对照诱导轻度ER应激,细胞分为siNC、siNC+DDP、siNC+TM+DDP和siCERS1+DDP组,检测ER应激标志物表达及顺铂诱导的细胞凋亡情况。

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
DMEM培养基Gibco--
DMEM/F12培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
氢化可的松Solarbio--
CERS1 siRNAGeneCopoeia--
ATF4 siRNAGeneCopoeia--
阴性对照siRNAGeneCopoeia--
Lipo2000转染试剂Thermo Fisher--
细胞计数试剂盒-8Dojindo--
EdU体外DNA增殖检测试剂盒GeneCopoeia--
DAPI染色液Solarbio--
结晶紫Solarbio--
基质胶包被的Transwell小室Corning8
移液枪头Thermo QSP--
DAPI染色液Servicebio--
Annexin V/PI双染试剂盒GeneCopoeia--
流式细胞仪Beckman--
丙二醇Sigma--
10%缓冲福尔马林Solarbio--
RNA保存液Tiangen--
抗BAX抗体Servicebio--
抗BCL2抗体Servicebio--
抗MMP2抗体Servicebio--
抗MMP9抗体Servicebio--
抗PCNA抗体Servicebio--
抗VEGFA抗体Servicebio--
生物素化抗小鼠/兔IgGServicebio--
牛血清白蛋白Solarbio--
RIPA裂解液Beyotime--
SDS-PAGE凝胶(10%)Bio-Rad--
PVDF膜(0.22 μm)Millipore0.22
抗GAPDH抗体(#2118)Cell Signaling Technology2118
抗CERS1抗体(#ab98062)Abcamab98062
抗GDF1抗体(#bs-1794R)Biossbs-1794R
抗ATF4抗体(#11815)Cell Signaling Technology11815
抗VEGFA抗体(#ab46154)Abcamab46154
抗BIP抗体(#ER40402)HuabioER40402
抗CHOP抗体(#5554)Cell Signaling Technology5554
抗BAX抗体(#5023)Cell Signaling Technology5023
抗BCL2抗体(#4223)Cell Signaling Technology4223
化学荧光试剂盒Bio-Rad--
成像系统Bio-Rad--
RNAiso Plus试剂Takara--
异丙醇Solarbio--
RevertAid逆转录试剂盒Thermo--
SYBR Premix Ex Taq II试剂Takara--
ABI Q7实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
Q5高保真DNA聚合酶NEB--
QuickCut限制性内切酶Takara--
DNA连接试剂盒Takara--
pEZX-FR01载体GeneCopoeia--
DH5α感受态细胞TSINGKE--
硫酸卡那霉素Solarbio--
LB培养基Solarbio--
质粒提取试剂盒TIANGEN--
Luc-Pair双荧光素酶HS检测试剂盒GeneCopoeia--
酶标仪Sigma--
顺铂Sigma--
衣霉素Sigma--

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
细胞培养与转染
细胞系来源、培养条件(DMEM/F12、10% FBS、400 μg/mL氢化可的松)、转染试剂(Lipo2000)、siRNA序列及浓度(100 nmol/L)
阅读提示:Methods: Cell culture and siRNA transfection
体外功能实验
细胞铺板密度、处理时间(如EdU 2h、划痕48h、Transwell 24h)、检测试剂盒
阅读提示:Methods: Cell proliferation assay, Cell migration and invasion assays
体内动物模型
Cers1敲除小鼠构建方法(CRISPR/Cas9)、4NQO浓度(100 μg/mL)、处理时间(16周+8周观察)、小鼠周龄性别(6-8周雌性)
阅读提示:Methods: Animal study
组织病理分析
免疫组化抗体种类及稀释比(如anti-Bax 1:1000)、修复条件、评分标准
阅读提示:Methods: Histopathological analysis
ER应激与耐药检测
Cisplatin浓度(40 nmol/L)及处理时间(12h)、TM浓度(1 μg/mL)及预处理时间(2h)、检测标志物(BIP、CHOP、ATF4、VEGFA)
阅读提示:Methods: 细胞培养、凋亡检测;Results: CERS1 knockdown led to mild ER stress