肿瘤微环境中低水平肿瘤坏死因子α通过Vasorin介导的糖酵解维持胶质瘤干细胞自我更新

A low level of tumor necrosis factor α in tumor microenvironment maintains the self-renewal of glioma stem cells by Vasorin-mediated glycolysis

作者信息Yang Zhang, Tianxu Kang, Yuxi Wang, Chao Song, Huan Li, Hailong Mi, Yachao Li, Minhai Dong, Xiaoyu Ma, Hongtao Zhu, Lidong Cheng, Po Zhang, Zhiye Chen, Lin Zhou, Qiulian Wu, Feng Mao, Baofeng Wang, Suojun Zhang, Kai Shu, Feng Wan, Wenchao Zhou, Jeremy N Rich, Jianying Shen, Qungen Xiao, Xingjiang Yu
PMID39093693
发布时间2024-12-05
DOI10.1093/neuonc/noae147

实验完整度

高

体外细胞模型、体内异种移植瘤模型、患者样本及多种组学数据(RNA-seq、空间转录组、质谱等)相互印证,涵盖功能验证(成球、极限稀释)与机制验证(Co-IP、ChIP)。

主要模型

患者来源胶质瘤干细胞系(T4121、WF19、T3691) THP1分化的巨噬细胞 BALB/c裸鼠颅内共移植模型 人胶质瘤组织样本

重点核对

TNFα浓度(0、10、50 ng/mL) VASN敲低效率及特异性(shVASN443、shVASN685) 共移植细胞数量(2×10^4 GSCs和2×10^4巨噬细胞) 缺氧条件 检测终点(成球数、生存时间、LDHA表达)

摘要

背景:胶质瘤干细胞(GSCs)的自我更新是胶质母细胞瘤(GBM)治疗抵抗和复发的原因。肿瘤坏死因子α(TNFα)和TNF信号通路在临床前模型和肿瘤患者中显示出抗肿瘤活性。然而,基于胶质瘤基因组图谱数据库,TNFα对胶质瘤临床预后无显著意义。本研究旨在探讨肿瘤微环境中的TNFα是否维持GSCs的自我更新并促进胶质瘤患者的不良预后。方法:使用空间转录组学、免疫印迹、成球实验、极限稀释分析和基因表达分析来确定TNFα对GSC自我更新的作用。使用质谱、RNA测序检测、生物信息学分析、qRT-RNA、免疫荧光、免疫组织化学、单细胞RNA测序、体外和体内模型来揭示TNFα诱导的GSC自我更新的机制。结果:低水平的TNFα对GSC自我更新和胶质瘤不良预后具有促进作用。机制上,Vasorin(VASN)通过增强糖酵解介导TNFα诱导的自我更新。糖酵解产生的乳酸抑制肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的TNFα分泌,并将TNFα维持在低水平。结论:VASN介导的TNFα诱导的GSC自我更新为内源性TNFα对GBM作用失败提供了可能的解释。联合靶向VASN和TNFα抗肿瘤效应可能是治疗GBM的有效方法。

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
肿瘤微环境中低水平TNFα是否通过VASN维持胶质瘤干细胞自我更新并影响患者预后
核心机制
低水平TNFα促进GSCs自我更新,机制上VASN与TNFR1结合,激活NFκB信号通路,上调LDHA表达,增强糖酵解产生乳酸;乳酸抑制TAMs分泌TNFα,维持肿瘤微环境中TNFα低水平,形成正反馈环路。
主要证据
体外成球实验、极限稀释、western blot、qRT-PCR、Co-IP、ChIP、体内异种移植瘤模型、患者样本免疫组化、空间转录组及多数据库(CGGA等)分析。
研究意义
该研究为内源性TNFα对GBM作用失败提供了解释,并提示联合靶向VASN和增强TNFα抗肿瘤效应可能为GBM治疗提供新策略。

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

低水平TNFα促进GSC自我更新的临床与体外验证

验证低水平TNFα与胶质瘤不良预后的相关性及其对GSC自我更新的促进作用。

利用CGGA数据库分析TNFα表达与预后关系;空间转录组及IHC分析TNFα在干性区域表达;体外用不同浓度TNFα处理GSCs,通过成球、极限稀释、western blot及KEGG分析评估自我更新。

2

VASN介导TNFα诱导的糖酵解

寻找介导低水平TNFα促进GSC糖酵解的关键分子。

对TNFα处理GSCs进行RNA-seq,筛选候选基因;IP-MS和GSEA分析VASN相关通路;评估VASN敲低对葡萄糖摄取和乳酸产生的影响。

3

VASN与TNFR1结合调控LDHA表达

探究VASN调控糖酵解的关键靶点及分子机制。

Co-IP及IF验证VASN与TNFR1结合;分析VASN与糖酵解基因相关性;在GSCs中敲低VASN后检测LDHA表达及TNFα对LDHA的诱导作用。

4

NFκB信号通路介导VASN调控LDHA表达

阐明VASN调控LDHA转录的信号通路。

GSEA富集分析发现NFκB通路;检测VASN敲低对p65磷酸化及核转位的影响;ChIP验证NFκB直接结合LDHA启动子。

5

GSC来源乳酸抑制TAM分泌TNFα

验证GSC糖酵解产物乳酸对巨噬细胞TNFα分泌的反馈调控。

用VASN敲低GSC的条件培养基或乳酸处理THP1巨噬细胞,检测TNFα mRNA和蛋白水平变化。

6

体内验证VASN/TNFα环路对肿瘤生长及预后的影响

在体内验证VASN介导的糖酵解与TAM-TNFα反馈环路对GSC肿瘤生长和生存的影响。

将VASN敲低GSC与THP1共移植入裸鼠颅内,观察肿瘤大小、生存时间及肿瘤组织标志物表达。

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
Neurobasal-A培养基BasalMediaX087G1
B27添加剂Yeasen Biotechnology60703ES10
成纤维细胞生长因子Yeasen Biotechnology91330ES60
表皮生长因子Yeasen Biotechnology92708ES80
RPMI 1640培养基GibcoC11875500BT
胎牛血清TianHang13011-8611
佛波酯MCEHY-18739
嘌呤霉素BeyotimeST551
TRIzol试剂GenefineR901
PrimeScript逆转录预混液Yeasen11142ES10
SYBR Green荧光定量预混液VazymeQ111-02
RIPA裂解缓冲液InventIN-WB001
蛋白酶抑制剂混合物MCEHY-K0010
核浆蛋白提取试剂盒BeyotimeP0028
蛋白A/G琼脂糖BeyotimeP2012
PVDF膜Bio-Rad1620177
抗Tubulin抗体AbclonalAC012
抗VASN抗体AbclonalA16215
抗LDHA抗体ProteinTech19987-1-AP
抗HK1抗体CST2024
抗HK2抗体CST2867
抗PKM1/2抗体CST3190
抗Lamin B1抗体ProteinTech12987-1-AP
抗NFκB p65抗体CST8242
抗磷酸化NFκB p65抗体Santa Cruzsc-8404
抗TNFR1抗体AbclonalA1540
抗TNFα抗体CST8184
二抗Jackson Lab--
化学发光试剂盒BiosharpBL520A
抗VASN抗体USBiological543654
考马斯亮蓝APExBIOB8226
液相色谱-串联质谱系统Novogene--
Triton X-100SolarbioT8200
DAPI染色液BeyotimeC1006
抗VASN抗体Santa Cruzsc-517034
抗LDHA抗体Santa Cruzsc-133123
抗TNFα抗体CST8148
二抗(Invitrogen)InvitrogenA21202,
生物素化山羊抗小鼠IgGZSGB-BioPV-6002
生物素化山羊抗兔IgGZSGB-BioPV-6001
DAB显色液ZSGB-BioZLI-9017
激光扫描共聚焦显微镜OLYMPUS--
葡萄糖摄取比色分析试剂盒InvitrogenJ1341
乳酸检测试剂盒BioAssay SystemsECLC-100
TIANamp基因组DNA提取试剂盒TAINGENDP304
BALB/c裸鼠Beijing Vital River--
GraphPad Prism 7.0GraphPad Software Inc.--
ImageJ----

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
GSCs培养基成分(Neurobasal-A+2%B27+20ng/mL FGF+20ng/mL EGF)、THP1培养基(RPMI 1640+10%FBS)、培养代数(<20代)、分化条件(10nM PMA处理24小时)
阅读提示:见Methods 'Cell Culture'部分
体外TNFα处理
TNFα浓度(0, 10, 50 ng/mL)、处理时间、缺氧条件
阅读提示:见Methods 'GSC Sphere Formation Assay'及'Extreme Limiting Dilution Assay'部分,以及Figure 1 legend
VASN敲低实验
shRNA序列、转染方法(慢病毒)、筛选浓度(10 μg/mL嘌呤霉素)、处理时间(48小时)
阅读提示:见Methods 'Lentiviral Vector Construction and Transfection'部分及补充表格S2
糖酵解检测
缺氧条件、葡萄糖摄取和乳酸产量测定试剂盒
阅读提示:见Methods 'Glucose Uptake and Lactate Production Measurement'部分
分子机制实验
Co-IP所用抗体、ChIP所用抗体及结合位点(sites 1, 4, 5)
阅读提示:见Methods 'Co-immunoprecipitation and Immunoblotting'和'Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) Assays'部分,以及Figure 4 legend
体内实验
动物品系(BALB/c裸鼠)、周龄(4周),共移植细胞数量及比例,注射深度(3.5mm),每组动物数
阅读提示:见Methods 'GBM Xenograft Experiments'部分