骨髓巨噬细胞通过凋亡前列腺癌细胞的胞葬作用经HIF-1α稳定化诱导炎症

Bone Marrow Macrophages Induce Inflammation by Efferocytosis of Apoptotic Prostate Cancer Cells via HIF-1α Stabilization.

作者信息Veronica Mendoza-Reinoso, Patricia M Schnepp, Dah Youn Baek, John R Rubin, Ernestina Schipani, Evan T Keller, Laurie K McCauley, Hernan Roca
PMID36496973
期刊Cells
发布时间2022-11
DOI10.3390/cells11233712

实验完整度

包含体外骨髓巨噬细胞胞葬模型、单细胞RNA测序、Western blot、免疫沉淀、亚细胞分级、RT-qPCR、基因敲除小鼠(Hif1a、Epas1)及药物抑制等多层级实验验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠骨髓巨噬细胞 FVB/NJ小鼠骨髓巨噬细胞 Hif1amut(Hif1aflox/flox-LysMCre+/-)小鼠骨髓巨噬细胞 Epas1mut(Epas1flox/flox-LysMCre+/-)小鼠骨髓巨噬细胞

重点核对

骨髓巨噬细胞与凋亡前列腺癌细胞(RM1或Myc-CaP)共培养比例1:1,时间16-18小时 STAT3磷酸化抑制剂Stattic(5 µM)和S3I-201(60 µM)处理10分钟 HIF脯氨酰羟化酶抑制剂Roxadustat(10 µM)处理16-18小时 重组MIF蛋白(200 ng/ml)处理2小时(蛋白)或8小时(RNA) 免疫沉淀实验中MG-132(10 µM)处理1小时

摘要

巨噬细胞对凋亡癌细胞的清除(称为胞葬作用)通过促炎和免疫抑制过程促进前列腺癌细胞的骨转移生长。然而,其确切的分子机制仍不清楚。在本研究中,对经历凋亡前列腺癌细胞胞葬作用的骨髓(BM)巨噬细胞进行单细胞转录组学分析,揭示了它们在细胞对缺氧反应中的显著富集。在此,我们证明骨髓巨噬细胞胞葬作用在常氧条件下增加了缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)和STAT3磷酸化(Tyr705位点p-STAT3),而p-STAT3抑制剂降低了HIF-1α。胞葬作用促进了HIF-1α稳定化,减少了其泛素化,并诱导了HIF-1α和p-STAT3的核转位。胞葬性骨髓巨噬细胞中HIF-1α的稳定化导致促炎细胞因子MIF表达增强,而HIF-1α失活的骨髓巨噬细胞在胞葬作用后MIF表达降低。使用HIF-脯氨酰羟化酶抑制剂罗沙司他稳定HIF-1α可增强骨髓巨噬细胞中MIF的表达。此外,用重组MIF蛋白处理骨髓巨噬细胞可激活NF-κB(p65)信号传导并增加促炎细胞因子的表达。总而言之,这些发现表明,凋亡癌细胞被骨髓巨噬细胞清除会触发p-STAT3/HIF-1α/MIF信号传导,以促进存在大量凋亡癌细胞的骨肿瘤微环境中的进一步炎症。

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
骨髓巨噬细胞吞噬凋亡前列腺癌细胞后,通过何种分子机制促进炎症反应?
核心机制
骨髓巨噬细胞胞葬作用通过STAT3磷酸化稳定HIF-1α,减少其泛素化并促进核转位,进而上调促炎细胞因子MIF的表达,MIF通过激活NF-κB信号传导放大炎症反应。
主要证据
单细胞RNA测序显示缺氧相关基因富集;Western blot证实胞葬作用增加HIF-1α和p-STAT3水平;STAT3抑制剂降低HIF-1α;HIF-1α敲除(Hif1amut)或Roxadustat处理分别减少或增强MIF表达;重组MIF激活p65和ERK。
研究意义
研究揭示p-STAT3/HIF-1α/MIF信号轴是骨髓巨噬细胞胞葬作用促进骨肿瘤微环境炎症的机制,为前列腺癌骨转移的治疗提供潜在靶点。

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

单细胞转录组分析

鉴定胞葬性骨髓巨噬细胞与非胞葬性骨髓巨噬细胞之间的转录差异,特别是与缺氧相关的基因。

将CFSE标记的凋亡RM1细胞与骨髓巨噬细胞共培养16-18小时,通过流式分选F4/80+和F4/80+CFSE+细胞,进行单细胞RNA测序,使用CellRanger和Seurat分析。

2

验证HIF-1α稳定化及STAT3依赖性

验证胞葬作用是否在蛋白水平稳定HIF-1α,并确认STAT3磷酸化在该过程中的必要性。

通过Western blot检测胞葬性骨髓巨噬细胞中HIF-1α和p-STAT3水平;使用STAT3抑制剂(Stattic和S3I-201)处理,观察HIF-1α变化;通过免疫沉淀检测HIF-1α泛素化水平;通过亚细胞分级检测核转位。

3

评估MIF表达及HIF-1α依赖性

确定胞葬作用是否诱导MIF表达,并验证该表达是否依赖HIF-1α而非HIF-2α。

通过RT-qPCR和Western blot检测胞葬性骨髓巨噬细胞中MIF mRNA和蛋白水平,包括分泌型MIF;使用Hif1amut和Epas1mut小鼠骨髓巨噬细胞比较MIF表达;使用Roxadustat处理观察MIF变化。

4

验证MIF诱导的炎症信号

确认重组MIF蛋白是否激活骨髓巨噬细胞中的促炎信号通路和基因表达。

用重组MIF蛋白(200 ng/ml)处理骨髓巨噬细胞2小时(蛋白)或8小时(RNA),通过Western blot检测p-ERK和p-p65,通过RT-qPCR检测促炎因子表达。

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。

单细胞转录组分析
基因表达分析
蛋白检测与翻译后修饰分析

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基----
αMEM培养基----
胎牛血清----
巨噬细胞集落刺激因子Peprotech315-02
罗沙司他Cayman Chemical15294
StatticCayman Chemical14590
S3I-201Millipore SigmaSML0330
MG-132Cayman Chemical10012628
重组MIF蛋白Sino Biological50066-M08H
CellTrace™ CFSE细胞增殖染料ThermoFisher ScientificC34554
CellTracker™ DeepRed荧光染料ThermoFisher ScientificC34565
Chromium Next GEM单细胞3'试剂盒v3.110X Genomics1000268
NovaSeq6000测序仪Illumina--
细胞裂解液1XCell Signaling Technology9803
蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物ThermoFisher Scientific78440
Bradford蛋白浓度测定BioRad5000006
Laemmli上样缓冲液BioRad1610747
β-巯基乙醇Millipore SigmaM3148
Mini-PROTEAN® TGX无染色凝胶BioRad4568096
Trans-Blot Turbo快速转印试剂盒BioRad1704272
蛋白A磁珠Cell Signaling Technology73778
细胞分级试剂盒Cell Signaling Technology9038
SuperSignal™ West Femto最大灵敏度底物ThermoFisher Scientific34095
ChemiDoc™ MP成像系统BioRad12003154
RNeasy小型RNA提取试剂盒Qiagen74106
NanoDrop 2000分光光度计Thermo Scientific--
High-Capacity cDNA反转录试剂盒ThermoFisher Scientific4368814
TaqMan基因表达qPCR试剂ThermoFisher Scientific4369016
ABI PRISM 7700实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--

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
体外胞葬模型
骨髓巨噬细胞分离:4-6周龄小鼠,冲洗股骨和胫骨;共培养比例1:1,时间16-18小时
阅读提示:见Materials and Methods 2.2
STAT3抑制剂处理
Stattic(5 µM)或S3I-201(60 µM)处理10分钟,更换培养基后与凋亡癌细胞共培养2小时
阅读提示:见Materials and Methods 2.2 和 Figure 2D-G
HIF-1α稳定化验证
HIF-1α蛋白检测:Western blot;泛素化:免疫沉淀后抗泛素抗体检测;核转位:亚细胞分级
阅读提示:见Materials and Methods 2.6 和 Figure 2B-H
MIF表达分析
MIF mRNA和蛋白检测:RT-qPCR和Western blot;分泌MIF检测:分选后培养6小时收集条件培养基
阅读提示:见Materials and Methods 2.7、2.8 和 Figure 3C-G
HIF-1α敲除小鼠
Hif1aflox/flox-LysMCre+/-(Hif1amut)小鼠繁殖和基因型鉴定;骨髓巨噬细胞F4/80+表达和胞葬能力验证
阅读提示:见Materials and Methods 2.1 和 Figure 5A-D
MIF诱导炎症
重组MIF蛋白浓度200 ng/ml,处理2小时(蛋白)或8小时(RNA);检测p-ERK、p-p65和促炎因子表达
阅读提示:见Materials and Methods 2.2 和 Figure 7C-F