成纤维细胞生长因子信号通过Elk1调控转化生长因子-β诱导的肿瘤内皮细胞内皮-肌成纤维细胞转化

Fibroblast growth factor signals regulate transforming growth factor-β-induced endothelial-to-myofibroblast transition of tumor endothelial cells via Elk1.

作者信息Yuichi Akatsu, Naoya Takahashi, Yasuhiro Yoshimatsu, Shiori Kimuro, Tomoki Muramatsu, Akihiro Katsura, Nako Maishi, Hiroshi I Suzuki, Johji Inazawa, Kyoko Hida, Kohei Miyazono, Tetsuro Watabe
PMID31094056
期刊Mol Oncol
发布时间2019-08
DOI10.1002/1878-0261.12504

实验完整度

研究包含体外细胞模型(TECs、MS-1)功能与机制验证及体内异种移植模型,并运用RNA干扰、过表达、微阵列分析和荧光素酶报告基因等方法,证据层级完整。

主要模型

肿瘤内皮细胞(TECs,来源于A375SM黑色素瘤异种移植) MS-1小鼠胰腺微血管内皮细胞 A375人黑色素瘤细胞皮下异种移植模型

重点核对

TGF-β2处理浓度1 ng/mL,FGF2处理浓度50 ng/mL,处理时间72小时 Infigratinib(FGFR抑制剂)浓度3 μM,SB431542(TGF-β I型受体抑制剂)浓度10 μM Elk1敲低(siElk1#1/#2)和过表达(慢病毒)对α-SMA和Rgs4表达的影响 体内实验:End-MyoT TECs与End-N-MyoT TECs分别与A375细胞按3:10混合,皮下接种7-8周龄雌性裸鼠 统计方法:Student's t-test或One-way ANOVA,P<0.05为显著

摘要

肿瘤微环境包含多种成分,包括癌细胞、肿瘤血管和癌症相关成纤维细胞,后者由促肿瘤的肌成纤维细胞和抑肿瘤的成纤维细胞组成。多条证据表明,转化生长因子-β(TGF-β)诱导内皮细胞形成肌成纤维细胞和其他类型的间充质(非肌成纤维细胞)细胞。近期报道显示,成纤维细胞生长因子2(FGF2)调节TGF-β诱导的内皮细胞间充质转化,但控制不同成纤维细胞群体形成过程中转录网络的信号分子机制在很大程度上仍不清楚。在此,我们研究了FGF2在TGF-β诱导的肿瘤内皮细胞(TECs)间充质转化调控中的作用。我们证明了TECs中的自分泌/旁分泌FGF信号抑制TGF-β诱导的内皮-肌成纤维细胞转化(End-MyoT),从而抑制收缩性肌成纤维细胞的形成,但另一方面也可与TGF-β协同促进具有迁移和增殖特性的活性成纤维细胞的形成。FGF2通过多种间充质标志物和生长因子的转录调控,调节TGF-β诱导的TECs形成肌成纤维细胞和非肌成纤维细胞。此外,我们观察到,用TGF-β处理的TECs比用TGF-β和FGF2处理的TECs更能促进体内肿瘤生长。机制上,我们表明Elk1通过抑制TGF-β诱导的α-平滑肌肌动蛋白启动子由myocardin相关转录因子-A介导的转录激活,介导FGF2诱导的End-MyoT抑制。我们的数据表明,TGF-β和FGF2在TECs形成肌成纤维细胞和非肌成纤维细胞过程中既相互对抗又相互协同,这决定了肿瘤微环境中间充质细胞的特征。

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
FGF2信号如何调控TGF-β诱导的肿瘤内皮细胞(TECs)向肌成纤维细胞(End-MyoT)和非肌成纤维细胞(End-N-MyoT)的转化及其分子机制
核心机制
FGF2通过MEK/ERK通路激活Elk1,Elk1与MRTF-A竞争结合SRF,抑制TGF-β诱导的α-SMA启动子转录激活,从而抑制End-MyoT;同时FGF2与TGF-β协同上调PDGF-A和HB-EGF等生长因子,促进迁移性成纤维细胞形成
主要证据
体外实验显示FGF2抑制TGF-β2诱导的α-SMA、SM22α、Col1A1表达和胶原凝胶收缩,且增强迁移和增殖;Elk1敲低增强而Elk1过表达抑制α-SMA表达;荧光素酶报告基因证实Elk1抑制MRTF-A介导的α-SMA启动子活性;体内实验中End-MyoT TECs比End-N-MyoT TECs更促进肿瘤生长和血管生成
研究意义
阐明TGF-β和FGF2在TECs形成不同间充质细胞中的相互作用机制,有助于理解肿瘤进展机制并为癌症等病理状况开发新的治疗策略

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

TECs的分离与表征

获得并验证肿瘤内皮细胞(TECs)的内皮特性

从A375SM黑色素瘤异种移植肿瘤中分离TECs,并通过qRT-PCR检测内皮标志物(Tie2, VEGFR2, endoglin)和间充质标志物(α-SMA, SM22α)表达,与MS-1、MC3T3-E1、NIH/3T3细胞比较

2

TGF-β2和FGF2对间充质标志物表达的影响

研究TGF-β2和FGF2对TECs中肌成纤维细胞标志物表达的影响

TECs用TGF-β2、FGF2或Infigratinib处理72小时,通过qRT-PCR和免疫印迹检测α-SMA、SM22α、Col1A1、Fibronectin和Tie2的表达

3

内源性FGF2的功能验证

验证TECs自分泌/旁分泌FGF2对α-SMA表达的抑制作用

用抗FGF2中和抗体处理TECs,检测α-SMA表达和ERK磷酸化水平

4

细胞功能表型评估

评估TGF-β2和FGF2对TECs收缩性、迁移和增殖的影响

进行胶原凝胶收缩实验、改良Boyden小室迁移实验、管形成和细胞增殖计数

5

基因表达谱分析

全面分析FGF2对TGF-β2调控基因表达的影响

cDNA微阵列分析TECs经TGF-β2、FGF2或两者联合处理72小时后的基因表达,并用qRT-PCR验证

6

体内肿瘤生长模型

比较End-MyoT和End-N-MyoT TECs对肿瘤生长的影响

将TGF-β2处理(End-MyoT)或TGF-β2+FGF2处理(End-N-MyoT)的TECs与A375细胞以3:10混合,皮下接种裸鼠,测量肿瘤体积并通过免疫组化评估增殖和血管生成

7

Elk1功能验证

确定Elk1在FGF2抑制End-MyoT中的作用

通过siRNA敲低和慢病毒过表达Elk1,检测TGF-β2诱导的α-SMA和Rgs4表达;用荧光素酶报告基因检测α-SMA启动子活性

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
MS-1细胞American Type Culture Collection--
MC3T3-E1细胞RIKEN Bioresource CenterRCB1126
最低必需培养基αThermo Fisher Scientific--
杜氏改良Eagle培养基(高糖)Nacalai Tesque08458-16
EGM-2MV培养基LonzaCC-3202
胎牛血清Sigma-Aldrich--
转化生长因子-β2R&D systems302-B2-010
成纤维细胞生长因子2R&D systems233-FB-010
成纤维细胞生长因子2Peprotech--
英非替尼LC LaboratoriesI-1500
血管内皮生长因子AR&D--
SB431542Wako--
抗FGF2中和抗体Merck Millipore05-117
对照IgG1Cell Signaling Technology5415
重组小鼠FGF2Peprotech450-33
Stealth siRNAThermo Fisher Scientific--
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Thermo Fisher Scientific13778-150
Lipofectamine 2000Thermo Fisher Scientific11668019
抗α-SMA抗体Cell Signaling Technology19245
抗SM22α抗体Abcamab14106
抗β-肌动蛋白抗体SIGMAA1978
抗FGF2抗体Biovision5039-100
抗磷酸化ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4695
抗ERK1/2抗体BD Biosciences610124
抗Tie2抗体Bioss Antibodiesbs-1300R
SMA-Cy3SIGMA--
Alexa Fluor 488驴抗兔IgGThermo Fisher ScientificA-21206
Hoechst 33342Cell Signaling Technology4082
RNeasy试剂QIAGEN74160
Nucleospin RNATaKaRa Bio740902
PrimeScript II 第一链cDNA合成试剂盒TaKaRa Bio6210B
StepOne Plus实时PCR系统Applied Biosystems--
SurePrint G3小鼠GE 8x60K Ver2.0芯片Agilent--
8 μm孔径TranswellCorning353097
Diff-Quick染色液SYSMEX16920
基质胶BD Biosciences--
Cellmatrix I-P胶原Nitta Gelatin180425
Alexa Fluor 647-鬼笔环肽Thermo Fisher ScientificA22287
ViaFect转染试剂PromegaE4981
双荧光素酶报告系统PromegaE-1910
发光检测仪Lumat3 LB9508Berthold Technologies--
基质胶Corning354234
抗Ki67抗体Abcamab15580
抗PECAM-1抗体BD Biosciences55370
Alexa Fluor 488驴抗大鼠IgGThermo Fisher ScientificA-21208
Alexa Fluor 594驴抗兔IgGThermo Fisher ScientificR37119

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
TECs培养与处理
TECs分离自A375SM黑色素瘤异种移植肿瘤,培养于EGM-2MV(含5%FBS);处理浓度和时间:TGF-β2 1 ng/mL,FGF2 50 ng/mL,Infigratinib 3 μM,SB431542 10 μM,处理72小时
阅读提示:Materials and methods, 2.1 Cell culture and reagents;Figure 1 legend
基因表达检测
qRT-PCR引物序列(Table S1),内参基因GAPDH;免疫印迹抗体信息(克隆号、品牌、货号)
阅读提示:Materials and methods, 2.6;Table S1;图例
Elk1功能实验
siRNA序列(siElk1#1和#2)及转染试剂,慢病毒载体构建和感染条件(MOI未明确说明),荧光素酶报告基因构建(α-SMA启动子片段)及转染细胞类型
阅读提示:Materials and methods, 2.2,2.3,2.13
体内异种移植
动物品系(BALB/c裸鼠)、性别(雌性)、周龄(7-8周)、细胞接种比例(TEC:A375=3:10)、细胞数量(1x10^6 A375和3x10^5 TECs)、Matrigel稀释体积(200 μL)、肿瘤测量时间点
阅读提示:Materials and methods, 2.14 Subcutaneous xenograft model;Figure 6 legend
统计方法
每个实验的生物学重复数(如迁移实验3次,体内实验4和6),统计检验类型(Student's t-test或one-way ANOVA),显著性阈值P<0.05
阅读提示:Materials and methods, 2.16 Statistical analyses