核酸适配体控制支原体感染以抑制食管鳞状细胞癌的恶性程度

Nucleic acid aptamer controls mycoplasma infection for inhibiting the malignancy of esophageal squamous cell carcinoma

作者信息Yibin Zhang, Hui Zhang, Xing Sun, Tianhuan Peng, Tiantian Xie, Yijun Yuan, Junxiao Guo, Yinglei Chen, Lingli Zhou, Neng Ling, Hui Li, Ling Li, Lin Zhang, Xiaodong Li, Long Liang, Jing Liu, Mao Ye, Weihong Tan
PMID35189346
期刊Mol Ther
发布时间2022-06-01
DOI10.1016/j.ymthe.2022.02.018

实验完整度

高

含临床样本检测、体外细胞模型、体内移植瘤转移模型及分子机制验证等多个独立证据层级

主要模型

Eca-109细胞(人食管鳞癌细胞系) KYSE-150细胞(人食管鳞癌细胞系) BALB/c裸鼠(尾静脉注射肿瘤转移模型) M. hyorhinis感染细胞模型

重点核对

M. hyorhinis感染Eca-109细胞(105 CCU/mL) ZY3A浓度(2 μM)及处理时间(48小时) 体内实验分组(DPBS、Lib-PEG、ZY3A-PEG、阿奇霉素)及剂量(20 mg/kg ZY3A-PEG,12 mg/kg阿奇霉素) 细胞密度(3×104细胞/孔用于Transwell) qPCR检测p37水平相对ACTB表达

摘要

食管癌是消化道最常见的恶性肿瘤之一,其中食管鳞状细胞癌(ESCC)是全球主要的病理类型。既往研究表明,上消化道微生物感染是ESCC病因的潜在危险因素。在本研究中,我们确定猪鼻支原体(Mycoplasma hyorhinis)感染促进了ESCC的恶性程度。为此,我们利用cell-SELEX策略生成了一种针对猪鼻支原体的单链DNA适配体ZY3A。ZY3A识别猪鼻支原体的潜在机制涉及其与猪鼻支原体特异性p37蛋白的结合。该工具使我们首次提供了使用核酸适配体控制支原体感染的概念验证证据。更具体地说,我们发现ZY3A通过阻断p37蛋白与其在ESCC细胞膜上的受体TLR4之间的相互作用来中和猪鼻支原体对ESCC细胞的感染。因此,ZY3A在体外抑制了猪鼻支原体感染的ESCC细胞的迁移和侵袭,并在体内抑制了转移。综上所述,这些发现表明适配体ZY3A是开发为治疗猪鼻支原体感染的新型分子工具和安全的first-in-class靶向猪鼻支原体的抗肿瘤药物的潜在候选药物。

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
猪鼻支原体感染是否促进食管鳞状细胞癌的恶性程度,以及能否利用核酸适配体靶向控制感染并抑制肿瘤恶性行为?
核心机制
ZY3A通过结合猪鼻支原体表面的p37蛋白,阻断p37与ESCC细胞膜上TLR4受体的相互作用,从而中和感染,抑制NF-κB通路活化和MMP2表达,最终抑制ESCC细胞的迁移、侵袭和转移。
主要证据
通过cell-SELEX筛选获得ZY3A,利用流式、共聚焦、ELONA、GST pull-down、免疫共沉淀等验证其与p37的特异性结合及阻断作用;体外划痕和Transwell实验显示ZY3A抑制感染细胞迁移和侵袭,体内尾静脉转移模型显示ZY3A减少肺转移结节和生物发光信号;Western blot证明ZY3A抑制p65磷酸化和MMP2水平。
研究意义
ZY3A有潜力开发为治疗猪鼻支原体感染的新型分子工具和first-in-class靶向猪鼻支原体的抗肿瘤药物,为利用核酸适配体控制支原体感染肿瘤提供新策略。

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

验证M. hyorhinis感染促进ESCC恶性行为

明确猪鼻支原体感染对ESCC细胞增殖、迁移、侵袭及体内转移的影响。

通过qPCR检测临床组织样本中的M. hyorhinis DNA;使用105 CCU/mL M. hyorhinis感染Eca-109细胞,经Hoechst染色和PCR确认感染;CCK8、划痕愈合、Transwell实验评估增殖、迁移和侵袭能力;尾静脉注射感染或未感染的Eca-109/luc细胞至裸鼠,通过活体成像和H&E染色评估肺转移。

2

筛选和优化M. hyorhinis结合适配体

获得特异性结合M. hyorhinis感染的ESCC细胞的DNA适配体并优化其序列。

以M. hyorhinis感染的Eca-109细胞为正筛靶细胞,未感染细胞为反筛细胞进行cell-SELEX;流式监测富集,高通量测序后合成候选适配体,筛选出ZY3;对ZY3进行截短获得ZY3A并评估其结合亲和力;对ZY3A进行硫代磷酸酯修饰和3'端反向dT修饰以提高稳定性。

3

鉴定ZY3A的结合靶点为p37蛋白

确定ZY3A在M. hyorhinis感染细胞表面的分子靶点。

用蛋白酶K或胰蛋白酶处理感染细胞以去除表面蛋白,流式检测ZY3A结合;提取膜蛋白进行pulldown,银染后LC-MS/MS鉴定靶蛋白;Western blot和ELONA验证ZY3A与p37的结合;分子对接和分子动力学模拟分析结合模式。

4

评估ZY3A中和M. hyorhinis感染能力

检测ZY3A能否预防和治疗M. hyorhinis对ESCC细胞的感染及机制。

在感染前或感染后加入不同浓度ZY3A,通过qPCR和免疫荧光检测感染率;计算IC50;GST pull-down和免疫共沉淀检测p37与TLR4相互作用及ZY3A的阻断效果。

5

验证ZY3A抑制M. hyorhinis诱导的ESCC迁移和侵袭

评估ZY3A在体外对M. hyorhinis感染增强的ESCC细胞迁移和侵袭的影响及其分子机制。

对M. hyorhinis感染的Eca-109和KYSE-150细胞施加ZY3A、库序列或阿奇霉素处理,通过划痕和Transwell实验检测迁移和侵袭;Western blot检测p65、p-p65和MMP2水平。

6

评估ZY3A在体内抑制M. hyorhinis诱导的ESCC转移

验证ZY3A在动物模型中对M. hyorhinis感染的ESCC细胞肺转移的影响及安全性。

建立Eca-109/luc细胞尾静脉转移模型,分组给予PEG化的ZY3A、库序列、阿奇霉素或DPBS,定期活体成像,21天后处死,H&E染色计数肺转移结节,qPCR检测肺组织M. hyorhinis载量,监测体重变化。

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
QIAamp DNA FFPE组织试剂盒Qiagen--
Dzup DNA分离试剂Sangon Biotechnology--
SYBR Green实时PCR预混试剂盒Bimake--
DMEM培养基----
RPMI-1640培养基----
胎牛血清BI--
猪鼻支原体----
抗p37抗体Creative BiolabsHPAB-0208-YJ
抗GST抗体Cell Signaling Technology2625
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology5174
抗TLR4抗体Santa Cruzsc-293072
抗MMP2抗体Abcamab92536
抗NF-κB p65抗体ThermoFisherPA5-16545
抗磷酸化NF-κB p65抗体ThermoFisherMA5-15160
Hoechst 33258Beyotime BiotechnologyC1017
阿奇霉素水合物MedChemExpressHY-17506A
支原体PCR检测试剂盒GeneCopoeiaMP004
pGEX-4T1载体----
链霉亲和素包被的琼脂糖珠GE Healthcare--
链霉亲和素包被的磁珠Spherotech--
8.0 μm孔径Transwell小室Corning--
基质胶Corning--
膜蛋白提取试剂盒Beyotime Biotechnology--
BALB/c裸鼠Hunan SJA Laboratory Animal Company--
IVIS Lumina II成像系统Caliper LifeScience--
D-荧光素----
20 kDa PEG-马来酰亚胺Aladdin Biochemical Technology--
Nanodrop分光光度计Thermo 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
细胞培养
细胞系来源、培养基种类及血清浓度
阅读提示:Materials and methods: Cell lines and cell culture
支原体感染
M. hyorhinis株(ATCC17981)、感染滴度(105 CCU/mL)及感染时间
阅读提示:Materials and methods: M. hyorhinis culture and infection
适配体筛选
正筛细胞(感染Eca-109,1×107)、反筛细胞(未感染Eca-109,5×106)、文库浓度(初始10 nmol)、筛选轮数(21轮)
阅读提示:Materials and methods: Cell-SELEX procedures
中和实验
ZY3A浓度范围、预防模型(感染前预处理30分钟)和治疗模型(感染后处理48小时)、细胞密度(5×104)
阅读提示:Materials and methods: M. hyorhinis neutralization analysis
体内实验
细胞数(2×106)、给药方案(每日一次至第3天,后隔日一次)、剂量(ZY3A-PEG 20 mg/kg静脉注射,阿奇霉素12 mg/kg腹腔注射)、处理周期(21天)
阅读提示:Materials and methods: Tumor metastasis assays in nude mice