补体C3a通过TNF-α激活星形胶质细胞促进髓母细胞瘤进展

Complement C3a activates astrocytes to promote medulloblastoma progression through TNF-α

作者信息Biao Gong, Duancheng Guo, Chaonan Zheng, Zhen Ma, Jie Zhang, Yanghui Qu, Xinhua Li, Gen Li, Li Zhang, Yuan Wang
PMID35725556
发布时间2022-06
DOI10.1186/s12974-022-02516-9

实验完整度

整合体外原代细胞共培养、体内皮下移植瘤模型、临床样本及数据库分析等多层级证据,并包含机制验证(p38通路、TNF-α中和)和功能验证(体内拮抗剂治疗)。

主要模型

Math1-Cre/Ptch1loxp/loxp小鼠自发MB模型 原代小鼠星形胶质细胞与小脑颗粒神经元前体来源的MB细胞共培养体系 CB17/SCID小鼠皮下移植瘤模型 人MB组织样本及R2数据库患者队列

重点核对

C3a来源与浓度:重组小鼠C3a(Novoprotein/R&D Systems)用于刺激星形胶质细胞,浓度范围见正文及图注(如10、100 nM) C3aR拮抗剂使用:SB290157(2 μM体外,30 mg/kg/d腹腔注射体内) p38抑制剂使用:SB203580(2 μM) TNF-αR拮抗剂使用:R-7050(500 nM体外,30 mg/kg/d腹腔注射体内) MB细胞增殖检测:Ki67免疫荧光染色

摘要

背景:髓母细胞瘤(MB)是儿童中最常见的恶性脑肿瘤。大约三分之一的MB患者仍无法治愈。因此,了解MB肿瘤发生的分子机制对于开发特异性和有效的治疗策略至关重要。我们之前的工作表明,星形胶质细胞构成MB的肿瘤微环境(TME),并在MB进展中发挥不可或缺的作用。然而,星形胶质细胞被调节和激活以促进MB的潜在机制仍不清楚。方法:利用自发发展MB的Math1-Cre/Ptch1loxp/loxp小鼠,分离原代MB细胞和星形胶质细胞,然后在体外进行给药和共培养。利用免疫组织化学检测MB切片中C3a的存在。通过免疫荧光染色评估MB细胞增殖。通过免疫荧光染色、Western blotting、q-PCR和ELISA评估C3a刺激的星形胶质细胞中GFAP和细胞因子表达水平。通过PCR和免疫荧光染色检测C3a受体和TNF-α受体的表达。通过Western blotting检测p38 MAPK通路激活。用C3a受体拮抗剂或TNF-α受体拮抗剂处理移植MB小鼠,以研究它们在体内MB进展中的作用。结果:我们发现补体C3a,补体激活后从完整补体C3释放的片段,在人和小鼠MB肿瘤组织中富集,其受体在肿瘤相关星形胶质细胞(TAAs)上高表达。我们证明C3a通过p38 MAPK通路激活星形胶质细胞并促进MB细胞增殖。此外,我们发现C3a上调星形胶质细胞中促炎细胞因子如IL-6和TNF-α的产生。应用C3a刺激的星形胶质细胞的条件培养基促进MB细胞增殖,而用TNF-α受体拮抗剂预孵育可消除这种作用,表明这是一个TNF-α依赖的事件。事实上,我们进一步证明,给皮下移植MB的小鼠施用选择性C3a受体或TNF-α受体拮抗剂可抑制体内肿瘤进展。结论:C3a在MB发展过程中释放。C3a通过p38通路触发星形胶质细胞活化和TNF-α产生,从而促进MB细胞增殖。我们的发现揭示了C3a介导的星形胶质细胞产生TNF-α在MB进展中的新作用。这些发现暗示靶向C3a和TNF-α可能代表人类MB潜在的新型治疗方法。

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
在MB发育过程中,补体C3a是否通过激活星形胶质细胞促进肿瘤进展,其机制是什么?
核心机制
C3a通过p38 MAPK通路激活星形胶质细胞,诱导其产生TNF-α,进而促进MB细胞增殖。
主要证据
体外共培养实验显示C3a预处理的星形胶质细胞增强MB细胞增殖,且被TNF-αR拮抗剂消除;体内C3aR或TNF-αR拮抗剂治疗均抑制肿瘤生长。
研究意义
靶向C3a和TNF-α可能代表人类MB潜在的新型治疗策略。

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

验证C3a在MB组织中存在

确证C3a是否在MB肿瘤微环境中富集。

通过IHC检测人MB组织及小鼠MB组织(原发和皮下移植)中C3和C3a蛋白,通过qPCR检测C3 mRNA,通过ELISA检测C3a蛋白水平。

2

验证C3a对星形胶质细胞活化的影响

确定C3a是否激活星形胶质细胞。

用重组C3a刺激原代星形胶质细胞,检测GFAP表达(免疫荧光、Western blot、qPCR)。

3

验证C3a对MB细胞增殖的直接影响

排除C3a直接作用于MB细胞的可能性。

用C3a直接处理原代MB细胞,检测Ki67和cleaved caspase-3。

4

验证星形胶质细胞介导的C3a促增殖作用

探究C3a是否通过激活星形胶质细胞间接促进MB细胞增殖。

将C3a预处理的星形胶质细胞与MB细胞共培养,或使用条件培养基,检测MB细胞增殖。

5

验证C3a-TNF-α机制

确认C3a激活的星形胶质细胞通过TNF-α促进MB增殖。

检测C3a刺激的星形胶质细胞中IL-6和TNF-α的表达;用TNF-αR拮抗剂阻断条件培养基的作用;用重组TNF-α直接处理MB细胞。

6

验证p38 MAPK通路参与

确定C3a激活星形胶质细胞是否依赖p38 MAPK通路。

检测C3a刺激后星形胶质细胞p38磷酸化水平;用p38抑制剂SB203580阻断C3a的作用。

7

体内验证C3a和TNF-α作用

在体内验证C3a信号和TNF-α信号对MB生长的作用。

皮下移植MB模型,给予C3aR拮抗剂SB290157或TNF-αR拮抗剂R-7050,观察肿瘤生长、增殖和星形胶质细胞活化。

8

患者数据关联分析

分析TNF-αR表达与MB患者预后的关系。

利用R2平台分析632例MB患者中TNFRSF1A表达与总生存率的关系。

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
木瓜蛋白酶Worthington--
脱氧核糖核酸酶Sigma--
L-半胱氨酸Sigma--
Percoll 分离液Sigma--
Neurobasal 培养基Gibco--
B27 添加剂Gibco--
青霉素/链霉素Beyotime--
DMEM/F12 培养基HyClone--
胎牛血清Gibco--
胰蛋白酶-EDTABeyotime--
重组小鼠C3a蛋白Novoprotein--
重组小鼠C3a蛋白R&D Systems--
重组小鼠TNF-α蛋白Novoprotein--
重组小鼠IL-6蛋白Novoprotein--
C3aR拮抗剂SB290157ApexBio--
p38抑制剂SB203580ApexBio--
TNF-α受体拮抗剂R-7050ApexBio--
OCT包埋剂Thermo Fisher Scientific--
Triton X-100Biosharp--
牛血清白蛋白Fisher bioreagents--
DAPI染液Beyotime--
封片剂Fluoromount-GSouthern Biotechnology--
抗C3aR抗体Bioss2955R
抗Iba-1抗体InvitrogenMA5-27726
抗Ki67抗体Abcamab15580
抗cleaved caspase-3抗体Cell Signaling TechnologyCST9661
抗GFAP抗体BD556330
山羊抗兔Alexa Fluor 594二抗ProteintechSA00006-4
山羊抗小鼠Alexa Fluor 488二抗ProteintechSA00006-2
山羊抗兔Alexa Fluor 488二抗ProteintechSA00006-1
RIPA裂解液Thermo Fisher Scientific--
蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物Roche--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
SDS-PAGE凝胶Beyotime--
PVDF膜Millipore--
抗GAPDH抗体Proteintech60004
抗总p38抗体Cell Signaling Technology9212
抗磷酸化p38抗体Cell Signaling Technology9215
抗β-Tubulin抗体Proteintech66240
抗磷酸化Erk1/2抗体Cell Signaling Technology4370
抗总Erk抗体Cell Signaling Technology4695
HRP标记的山羊抗小鼠IgGCell Signaling Technology7076
HRP标记的山羊抗兔IgGCell Signaling Technology7074
ECL底物Beyotime--
化学发光成像仪ChemiScope 3300 miniClinx--
纯化抗小鼠C3a单克隆抗体BD Biosciences558250
生物素化抗小鼠C3a抗体BD Biosciences558251
链霉亲和素-HRPBD Biosciences554066
TMB底物Beyotime--
小鼠TNF-α ELISA试剂盒Fcmacs--
TRIzol试剂Sigma-Aldrich--
Nanodrop 2000分光光度计Thermo--
Superscript II逆转录酶Invitrogen--
SYBR qPCR预混液Vazyme Biotech--
ABI 7500 TaqMan实时荧光定量PCR检测系统----
APC偶联抗ACSA-2抗体Miltenyi Biotec--
流式细胞分选仪Aria IIBD Bioscience--
Math1-Cre/Ptch1loxp/loxp小鼠----
eGFP小鼠----
CB17/SCID小鼠Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd.--
MCT溶剂(0.5%甲基纤维素含0.2%吐温-80)Solarbio--
抗人/小鼠C3多克隆抗体GeneTex--
抗人C3a单克隆抗体,克隆2991Bio-Rad--
抗小鼠C3a单克隆抗体,克隆I87-1162BD Biosciences--

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
原代细胞分离
细胞来源(Math1-Cre/Ptch1loxp/loxp小鼠或WT小鼠的年龄、品系)、消化酶种类和浓度(papain 10 U/mL, DNase 250 U/mL, L-cysteine 200 μg/mL)
阅读提示:Materials and methods: Primary cell isolation and culture
星形胶质细胞活化检测
C3a浓度(0-100 nM)、刺激时间(48h)、检测指标(GFAP表达)
阅读提示:Results: C3a activates astrocytes...; Figure 2
共培养体系
共培养比例(1:10)和时间(48h)、C3a预处理时间和洗涤步骤
阅读提示:Materials and methods: Coculture of astrocytes and MB cells
体内模型
动物品系(CB17/SCID)、接种细胞数(2×10^6)、给药剂量(SB290157或R-7050 30 mg/kg/d)、给药途径(腹腔注射)、治疗天数(8天)
阅读提示:Materials and methods: Subcutaneous transplantation MB model and treatment experiments
Western blot
抗体稀释比例、蛋白上样量、内参(GAPDH/β-Tubulin)
阅读提示:Materials and methods: Western blotting
ELISA
检测试剂盒品牌(Fcmacs用于TNF-α)、样品处理(组织匀浆或条件培养基)
阅读提示:Materials and methods: ELISA