磷酸甘油酸脱氢酶通过增加还原型谷胱甘肽合成促进多发性骨髓瘤细胞增殖和硼替佐米耐药

Phosphoglycerate dehydrogenase promotes proliferation and bortezomib resistance through increasing reduced glutathione synthesis in multiple myeloma

作者信息Xuan Wu, Jiliang Xia, Jingyu Zhang, Yinghong Zhu, Yangbowen Wu, Jiaojiao Guo, Shilian Chen, Qian Lei, Bin Meng, Chunmei Kuang, Xiangling Feng, Yanjuan He, Yi Shen, Xin Li, Lugui Qiu, Guancheng Li, Wen Zhou
PMID32037523
发布时间2020-07
DOI10.1111/bjh.16503

实验完整度

包含患者样本分析、细胞系功能实验(shRNA、过表达、抑制剂处理)、体内异种移植模型和代谢物检测(GC-TOFMS、HPLC、GSH测定),并进行了机制验证。

主要模型

KMS28-PE MM细胞系 ARP1 MM细胞系 B-NDG小鼠异种移植模型 CD138+患者骨髓细胞

重点核对

PHGDH在CD138+细胞中的表达水平 shRNA敲低PHGDH的效率及NCT-503浓度 BTZ处理浓度和作用时间 GSH添加浓度(2 mmol/l) 体内实验中BTZ剂量(1 mg/kg)和给药频率

摘要

丝氨酸合成途径(SSP)在多种癌症中活跃。先前研究表明,硼替佐米(BTZ)耐药与多发性骨髓瘤(MM)细胞中SSP的增加有关;然而,SSP诱导的BTZ耐药的潜在机制仍不清楚。本研究中,我们发现SSP的第一个限速酶磷酸甘油酸脱氢酶(PHGDH)在复发MM患者来源的CD138+细胞中显著升高。此外,PHGDH高表达预示MM患者生存期较差。我们还发现,在MM细胞中过表达PHGDH可导致细胞生长、肿瘤形成以及体外和体内BTZ耐药性的增加,而通过短发夹RNA或PHGDH特异性抑制剂NCT-503抑制PHGDH则可抑制MM细胞的生长和BTZ耐药性。随后的机制研究表明,PHGDH通过增加还原型谷胱甘肽(GSH)合成来降低活性氧(ROS),从而促进MM细胞的生长和BTZ耐药性。此外,向PHGDH沉默的MM细胞中添加GSH可逆转S期阻滞和BTZ诱导的细胞死亡。这些发现支持PHGDH通过增加MM细胞中GSH合成来促进增殖和BTZ耐药的机制。因此,靶向PHGDH是MM治疗的一个有前景的策略。

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
PHGDH在MM细胞增殖和硼替佐米耐药中的作用及其潜在机制
核心机制
PHGDH通过增加还原型谷胱甘肽(GSH)合成,降低硼替佐米诱导的活性氧(ROS)水平,从而促进MM细胞增殖和硼替佐米耐药
主要证据
在KMS28-PE和ARP1 MM细胞系中,PHGDH过表达促进增殖和BTZ耐药,PHGDH敲低或NCT-503抑制生长并增强BTZ敏感性;体内异种移植模型证实PHGDH过表达促进肿瘤生长并减弱BTZ的抗肿瘤作用;代谢测定显示PHGDH增加GSH水平并降低ROS
研究意义
靶向PHGDH是克服MM中硼替佐米耐药的有效策略,具有潜在的治疗价值

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

代谢组学分析

鉴定MM细胞代谢特征,发现丝氨酸代谢途径活跃

对MM细胞系KMS28-PE和ARP1的条件培养基进行非靶向GC-TOFMS分析,确定富集的代谢途径,并通过HPLC检测丝氨酸、甘氨酸浓度

2

PHGDH表达与临床相关性分析

评估PHGDH在MM患者中的表达及其与预后关系

在CD138+患者骨髓细胞中通过免疫荧光和RT-qPCR检测PHGDH表达,并进行生存分析(Kaplan-Meier)

3

PHGDH功能细胞实验

验证PHGDH对MM细胞增殖和BTZ耐药的功能影响

在MM细胞系KMS28-PE和ARP1中通过shRNA敲低或过表达PHGDH,检测细胞生长、细胞周期、凋亡及BTZ敏感性(CCK-8、软琼脂克隆形成、流式细胞术)

4

机制验证

阐明PHGDH调控GSH和ROS的分子机制

检测PHGDH过表达或敲低对丝氨酸、甘氨酸、GSH水平的影响(HPLC、GSH/GSSG试剂盒),并检测ROS水平(荧光探针)

5

体内验证

在体内模型中验证PHGDH对肿瘤生长和BTZ耐药的影响

将PHGDH过表达或空载体的ARP1细胞皮下注射至B-NDG小鼠,部分小鼠接受BTZ治疗,监测肿瘤体积,并检测肿瘤组织中PHGDH和GSH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
RPMI1640培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
抗PHGDH抗体Proteintech Group14719-1-AP
抗β-actin抗体Proteintech Group60008-1-Ig
抗caspase-3抗体Cell Signaling Technology9662
抗PARP抗体Cell Signaling Technology9532
抗cleaved caspase-3抗体Cell Signaling Technology9664
抗CyclinB1抗体Cell Signaling Technology12231
抗磷酸化ATR (S428)抗体Cell Signaling Technology2853
抗LC3B抗体Cell Signaling Technology3868
抗CD138抗体Abcamab34164
抗CDK1抗体Abcamab32094
抗γ-H2AX抗体Abcamab26350
抗XBP1抗体Abcamab109221
HRP标记的山羊抗兔二抗Signalway AntibodyL3012
HRP标记的山羊抗小鼠二抗Signalway AntibodyL3032
NCT-503MCEHY-101966
CCK-8试剂盒BimakeB34304
绿色荧光细胞内ROS检测试剂盒--MAK143T
APC-Annexin VBD Bioscience--
7-AADBD Bioscience--
碘化丙啶----
DAPISolarbioS2110
Alexa Fluor 488标记的山羊抗兔二抗Thermo Fisher ScientificA21202
Alexa Fluor 594标记的山羊抗小鼠二抗Thermo Fisher ScientificA21207
人CD138抗体偶联磁珠Miltenyi Biotec--
pCDH慢病毒载体----
pLKO-tet-on慢病毒载体----
Xba1限制性内切酶New England Biolabs LtdR0145S
BamH1限制性内切酶New England Biolabs LtdR3136S
SuperSignal West Femto最大灵敏度底物Thermo Fisher Scientific--

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
临床样本检测
CD138+细胞分离方法、样本来源(健康供者、初诊、复发MM患者)、样本量
阅读提示:Patients and methods - Patient samples; Figure 1H legend
细胞培养
细胞系(KMS28-PE、ARP1、ANBL6等)、培养基(RPMI1640+10%FBS)、培养条件
阅读提示:Patients and methods - Cell lines, antibodies and reagents
基因操作
PHGDH shRNA序列、慢病毒包装细胞(HEK293T)、转染方法、筛选标记
阅读提示:Patients and methods - Plasmids and virus production; Table SIII
药物处理
BTZ浓度、NCT-503浓度、处理时间、GSH浓度
阅读提示:Figure 2G, 3D, 4F, 5A legends; Methods - Cell viability assay
细胞功能检测
细胞活力检测方法(CCK-8)、凋亡检测(Annexin V/7-AAD)、细胞周期分析(PI染色)、克隆形成实验条件
阅读提示:Methods - Cell viability assay, Apoptosis assay, Cell cycle assay, Soft agar colony formation assay
代谢物检测
GC-TOFMS和HPLC方法、GSH/ROS检测试剂盒
阅读提示:Methods - Untargeted and targeted metabolomic assays, Measurement of ROS levels, Measurement of GSH levels
体内实验
小鼠品系(B-NDG)、细胞注射数量、BTZ给药剂量和频率、肿瘤体积测量公式
阅读提示:Methods - In vivo tumour xenograft model; Figure 6A legend