利用纳米药物调控胶质母细胞瘤免疫微环境:肿瘤细胞与肿瘤相关巨噬细胞之间的相互作用

Harnessing the cross-talk between tumor cells and tumor-associated macrophages with a nano-drug for modulation of glioblastoma immune microenvironment

作者信息Tong-Fei Li, Ke Li, Chao Wang, Xin Liu, Yu Wen, Yong-Hong Xu, Quan Zhang, Qiu-Ya Zhao, Ming Shao, Yan-Ze Li, Min Han, Naoki Komatsu, Li Zhao, Xiao Chen
PMID29051064
发布时间2017-12-28
DOI10.1016/j.jconrel.2017.10.024

实验完整度

包含体外细胞模型(U937来源M2、U87 MG)验证药物摄取、浸润、DAMPs释放及表型变化,并利用原位异种移植模型验证体内药物分布和TAM重编程。

主要模型

人U937细胞分化的M2型巨噬细胞 人U87 MG胶质母细胞瘤细胞 小鼠骨髓来源巨噬细胞(mBMDM2) 原位人胶质母细胞瘤异种移植裸鼠模型

重点核对

M2细胞用2.5 μg/ml Nano-DOX处理24小时 GC与Nano-DOX-M2共培养24小时 Nano-DOX损伤GC的条件培养基(NGCM)处理M2 24小时 原位移植瘤模型:每只小鼠静脉注射6×10^6个Nano-DOX-mBMDM2(相当于0.4 mg/kg DOX)

摘要

胶质母细胞瘤是最常见且恶性程度最高的脑肿瘤,死亡率高。肿瘤微环境中存在大量巨噬细胞是GBM的显著特征,这些肿瘤相关巨噬细胞与GBM细胞密切相互作用,促进肿瘤的生存、进展和治疗耐药。目前已开发出多种靶向GBM细胞或TAM的治疗策略,但很少有研究涉及这两种细胞群之间的相互作用。本研究旨在探索利用基于纳米金刚石载阿霉素的纳米药物Nano-DOX,通过利用GBM细胞与TAM之间的相互作用来调节GBM微环境的可能性。在体外人体细胞模型实验中,首先证明负载Nano-DOX的TAM具有活性,能够浸润三维GC球体并在其中释放药物。随后证明GC能促进负载Nano-DOX的TAM将Nano-DOX卸载回GC,从而引发GC释放损伤相关分子模式,这些DAMPs是强效免疫刺激剂和细胞损伤指标。接下来证明Nano-DOX比阿霉素更能有效诱导GC释放DAMPs。因此,Nano-DOX损伤的GC表现出增强的吸引TAM和负载Nano-DOX的TAM的能力。最重要的是,Nano-DOX损伤的GC将TAM从促GBM表型重编程为抗GBM表型,从而抑制GC生长。最后,在动物实验中验证了体外发现的体内相关性。将负载Nano-DOX的小鼠TAM静脉注射到原位人GBM异种移植小鼠中,注射24小时后发现药物在GBM异种移植瘤中释放。GC损伤通过诱导异种移植瘤内DAMPs释放得到证实,同时检测到TAM表型转变。总之,我们的结果证明了一种利用GBM细胞与TAM之间的相互作用来调节肿瘤免疫微环境的具有治疗潜力的新方法。

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
能否通过利用GBM细胞与肿瘤相关巨噬细胞之间的相互作用,使用Nano-DOX调节GBM免疫微环境?
核心机制
Nano-DOX损伤的GC释放DAMPs,将TAM从促肿瘤的M2表型重编程为抗肿瘤的M1样表型,从而抑制GC生长。
主要证据
体外:Nano-DOX-M2与GC共培养后,GC出现CRT暴露、HMGB1和ATP释放,M2表型向M1转变并抑制GC增殖;体内:原位移植瘤中,Nano-DOX-mBMDM2给药后肿瘤内检测到DAMPs释放和M1标志物上调。
研究意义
提出一种利用Nano-DOX调控GBM免疫微环境的新策略,通过利用肿瘤细胞与TAM的相互作用,为GBM治疗提供潜在新途径。

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Nano-DOX负载的TAM功能活性

确认Nano-DOX负载的M2具有活性和肿瘤浸润能力。

将M2与不同浓度Nano-DOX或DOX共孵育,检测细胞活性;将CFSE标记的Nano-DOX-M2与3D GC球体共培养,观察浸润。

2

验证GC促进Nano-DOX-M2卸载药物

检验GC是否能刺激负载Nano-DOX的M2释放药物回肿瘤细胞。

将Nano-DOX-M2与CFSE标记的GC共培养,通过FACS检测药物和CFSE荧光变化,观察药物转移。

3

验证Nano-DOX诱导GC产生DAMPs

评估Nano-DOX损伤GC后是否引起DAMPs释放,并比较其与DOX的效力。

将GC与Nano-DOX-M2共培养或直接与Nano-DOX/DOX处理,检测CRT暴露、HMGB1释放和ATP分泌。

4

验证Nano-DOX损伤的GC增强TAM招募

检测Nano-DOX损伤的GC是否增强对TAM和药物负载TAM的趋化性。

使用Transwell共培养系统,将M2或Nano-DOX-M2置于上室,GC在下室,有无Nano-DOX处理,计数迁移细胞。

5

验证Nano-DOX损伤的GC将M2重编程为M1样表型

探究Nano-DOX损伤的GC是否通过DAMPs将M2极化为抗肿瘤的M1表型。

用NGCM处理M2 24小时,检测M1相关标记物(CD80、CD86、GBP5、iNOS)和细胞因子(IL-6、IL-1β、IL-10)以及吞噬功能。

6

验证重编程的M2抑制GC增殖

确定被重编程为M1样的M2能否抑制GC生长。

采用Transwell共培养和CFSE稀释法检测GC增殖。

7

体内验证Nano-DOX-mBMDM2的肿瘤递送和效果

确认负载Nano-DOX的巨噬细胞能否在体内将药物递送至原位GBM并诱导TAM表型转变。

给原位GC异种移植小鼠静脉注射Nano-DOX-mBMDM2,24小时后通过活体成像和免疫组化检测药物分布、DAMPs释放和巨噬细胞标志物。

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
RPMI-1640培养基Sigma-Aldrich--
胎牛血清Sigma-Aldrich--
佛波醇12-十四酸酯13-乙酸酯----
白细胞介素-4Peprotech--
白细胞介素-13Peprotech--
干扰素-γPeprotech--
脂多糖Peprotech--
纳米阿霉素----
阿霉素----
CCK-8试剂盒Dojindo Molecular Technologies, Inc.--
5(6)-羧基荧光素二乙酸酯琥珀酰亚胺酯Sigma-Aldrich--
Hoechst 33342----
抗CRT抗体Abcamab92516
抗HSP90抗体Abcamab13495
Alexa Fluor 488偶联二抗ProteintechSA00006-2
抗CD80 FITC抗体eBioscience11-0809
抗CD206 Alexa Fluor 488eBioscience5s-2069
抗CD86 Alexa Fluor 488eBioscience53-0869
抗CD163 APCBiolegend326510
HMGB1 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-H1554c
IL-1β ELISA试剂盒4AbioCHE0001
IL-6 ELISA试剂盒MultiSciencesEK1062
IL-10 ELISA试剂盒MultiSciencesEK1102
化学发光ATP检测试剂盒BeyotimeS0027
RIPA裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒----
抗GBP5抗体Proteintech13220-1-AP
抗HMGB1抗体Abcamab79823
抗GAPDH抗体----
抗iNOS抗体Abcamab15323
抗甘露糖受体抗体Abcamab64693
DAB显色试剂盒ZSGB-BIOZLI-9018
二抗ZSGB-BIOPV-9000
TRIpure试剂Aidlab--
TRUEscript反转录预混液Aidlab--
SYBRGreen qPCR预混液Aidlab--
羧基修饰聚苯乙烯黄绿色荧光乳胶微球Sigma-Aldrich--

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
细胞培养和分化
U937细胞用100 ng/ml PMA处理48小时分化成M0,然后稳定24小时;M2极化用20 ng/ml IL-4和20 ng/ml IL-13处理48小时;mBMDM2极化方法需参考原文文献。
阅读提示:Materials and methods - Cell models
Nano-DOX-M2制备
M2与2.5 μg/ml Nano-DOX孵育24小时。
阅读提示:Materials and methods - Drug uptake and cell viability assay
体外药物卸载和DAMPs释放实验
Nano-DOX-M2与GC共培养24小时;检测CRT暴露、HMGB1(ELISA)和ATP(化学发光)。
阅读提示:Materials and methods - Assay of intracellular drug content in mixed cell culture; Assay of DAMPs emission from GC under the influence of Nano-DOX-M2
M2重编程实验
M2用NGCM(含1.72 μg/ml Nano-DOX)处理24小时;检测M1标记物(CD80、CD86、GBP5、iNOS)和细胞因子(IL-6、IL-1β、IL-10)。
阅读提示:Materials and methods - Assay of phenotypic change in M2 under the influence of Nano-DOX-damaged GC
体内动物实验
原位GC异种移植模型建立(4×10^5个GC注射到纹状体);在第23天分组,每只小鼠静脉注射6×10^6个Nano-DOX-mBMDM2(相当于0.4 mg/kg DOX);24小时后检测。
阅读提示:Materials and methods - Mouse glioma model in vivo