升高的成纤维细胞生长因子诱导型14表达将前神经元样胶质瘤转化为更具侵袭性和致死性的脑癌。

Elevated fibroblast growth factor-inducible 14 expression transforms proneural-like gliomas into more aggressive and lethal brain cancer.

作者信息Nina P Connolly, Rebeca Galisteo, Su Xu, Eli E Bar, Sen Peng, Nhan L Tran, Heather M Ames, Anthony J Kim, Graeme F Woodworth, Jeffrey A Winkles
PMID33991013
期刊Glia
发布时间2021-09
DOI10.1002/glia.24018

实验完整度

包含体内大鼠模型、人GBM数据集分析及单细胞测序等多层级验证,并进行了功能学和机制学验证。

主要模型

nestin/tv-a转基因Sprague-Dawley大鼠原位胶质瘤模型(Fn14-low: PDGF-A+shp53; Fn14-high: PDGF-A+shp53+Fn14) 人GBM患者肿瘤组织标本 人GBM数据集(TCGA, GlioVis, Ivy GAP) 人GBM单细胞RNA测序数据

重点核对

在RCAS/tv-a大鼠模型中,对照组(Fn14-low)注射PDGF-A+shp53,实验组(Fn14-high)注射PDGF-A+shp53+Fn14,每组动物数量分别为31和19只。 大鼠生存期:Fn14-high组中位生存54天,Fn14-low组89天,p=0.01。 人GBM患者生存分析:Fn14-high组中位生存13.7个月,Fn14-low组41.1个月(p<0.01);SERPINE1-high组14.2个月,low组43.9个月(p<0.01)。 Western blot检测NF-κB通路蛋白(IκBα, RelB, p100/52, NIK)在正常脑、Fn14-low和Fn14-high肿瘤中的表达。 蛋白质芯片分析显示Fn14-high肿瘤中PAI-1和PDGF-B等蛋白表达显著上调。

摘要

高级别胶质瘤(HGG)是侵袭性、治疗抵抗且常致命的人类脑癌。TNF样弱凋亡诱导因子(TWEAK)/成纤维细胞生长因子诱导型14(Fn14)信号轴参与损伤后的组织修复,且组成性信号传导已被牵涉于多种实体癌的发病机制。Fn14基因在正常未损伤脑中低表达,但在原发性异柠檬酸脱氢酶野生型和复发性HGG中高表达。Fn14信号传导牵涉于胶质瘤生物学的多个方面,包括脑侵袭和化疗耐药,但Fn14过表达是否可直接促进肿瘤恶性程度尚未见报道。在此,我们使用具有复制能力的禽肉瘤-白血病病毒/肿瘤病毒A系统来检查Fn14表达对胶质瘤发展和病理生物学的影响。我们发现,在先前已显示可产生前神经元样胶质瘤的既定致癌混合物中单独添加Fn14,导致了高度侵袭性和致死性脑癌的发展,具有显著的生物学特征,包括广泛的假栅栏状坏死、组成性经典和非经典NF-κB通路信号传导以及高纤溶酶原激活物抑制剂-1(PAI-1)表达。对HGG患者数据集的分析显示,人类PAI-1基因(SERPINE1)高表达与较短的患者生存期相关,且SERPINE1和Fn14(TNFRSF12A)基因在bulk肿瘤组织、肿瘤亚区和肿瘤微环境中的恶性细胞中频繁共表达。这些发现为Fn14在人类HGG病理生物学中的潜在重要性提供了新的见解,并指定NF-κB信号节点和PAI-1作为治疗干预的潜在靶点。

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
Fn14过表达是否足以驱动胶质瘤的恶性进展,并改变其病理生物学特征?
核心机制
Fn14过表达组成性激活经典和非经典NF-κB信号通路,并上调PAI-1(SERPINE1)表达,从而促进胶质瘤的侵袭性和坏死性表型。
主要证据
在大鼠模型中,单独添加Fn14至PDGF-A/shp53致癌混合物中导致肿瘤更具侵袭性、坏死和致死性,并伴随NF-κB通路蛋白和PAI-1表达升高;人GBM数据集中SERPINE1高表达与较短生存相关,且与Fn14共表达。
研究意义
研究结果强调了Fn14在GBM病理生物学中的重要性,并确定NF-κB信号节点和PAI-1作为Fn14高表达胶质瘤的潜在治疗靶点。

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

建立大鼠原位胶质瘤模型

评估Fn14过表达对胶质瘤形成和进展的影响。

使用RCAS/tv-a系统,向nestin/tv-a转基因大鼠颅内注射表达PDGF-A+shp53(Fn14-low)或PDGF-A+shp53+Fn14(Fn14-high)的DF-1细胞,监测肿瘤形成和动物生存。

2

MRI和MRS监测肿瘤进展

比较Fn14-low和Fn14-high肿瘤的生长模式、代谢特征和侵袭性。

使用7T MRI扫描仪进行T2、T1、T1C成像,并通过MRS检测Cho:Cr比值、NAA和乳酸水平。

3

组织病理学和免疫组化分析

比较肿瘤的组织学特征和分子标志物表达。

进行H&E染色和Fn14、Ki-67免疫组化,评估坏死、侵袭和增殖。

4

免疫荧光检测肿瘤免疫微环境

比较Fn14-low和Fn14-high肿瘤中肿瘤相关巨噬细胞的密度。

使用CD68、Iba1、CD163和CD49d抗体进行免疫荧光染色,定量巨噬细胞密度。

5

Western blot和蛋白质芯片分析

检测NF-κB通路激活状态和差异表达蛋白。

裂解正常脑、Fn14-low和Fn14-high肿瘤组织,进行Western blot检测IκBα、RelB、NIK、p100/52,并使用抗体芯片筛选79种细胞因子/趋化因子/生长因子的表达。

6

人GBM数据集分析

验证人GBM中Fn14和SERPINE1表达与患者生存和共表达的关系。

分析TCGA、GlioVis和Ivy GAP数据集中Fn14(TNFRSF12A)、SERPINE1和PDGFB的mRNA表达,进行生存分析和相关性分析。

7

单细胞RNA测序数据分析

确定Fn14和SERPINE1在GBM肿瘤微环境中哪些细胞类型表达。

挖掘Neftel等(2019)的scRNA-seq数据,分析恶性细胞、巨噬细胞、少突胶质细胞和T细胞中Fn14和SERPINE1的表达及共表达。

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
编码Fn14的RCAS质粒----
Fn14抗体Abcamab109365
Ki-67抗体Sigma-Aldrich275R-18
PAI-1抗体Abcamab66705
NF-κB p100/52抗体Novus BiologicalNB100-82063
CD163抗体Biossbs-2527R-TR
CD68抗体MilliporeMAB 1435
Iba1抗体Abcamab178846
CD49d抗体Abcamab22858
Alexa Fluor 488二抗Thermo Fisher ScientificA-21202
Alexa Fluor 555二抗Thermo Fisher ScientificA-31572
含DAPI的ProLong Gold抗淬灭封片剂Thermo Fisher ScientificP36931
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific--
NU-PAGE SDS凝胶Thermo Scientific--
PVDF膜Millipore--
IκBα抗体Cell Signaling Technology#9242
RelB抗体Cell Signaling Technology#10544
NIK抗体Cell Signaling Technology#4994
p100/52抗体Cell Signaling Technology#4882
GAPDH抗体Cell Signaling Technology#2118
大鼠XL细胞因子抗体芯片试剂盒R&D SystemsARY030
Bruker BioSpec 70/30USR Advance III 7T水平孔MR扫描仪Bruker Biospin MRI--
MR兼容的小动物监测和门控系统SA Instruments Inc.--
LCModel软件LCModel Inc.6.3-0G
Leica EG 1160包埋中心Leica Microsystems--
Bond抗原修复液1Leica Microsystems--
Bond抗原修复液2Leica Microsystems--
Leica BOND-III自动染色仪Leica Microsystems--
Bond聚合物精制检测系统Leica Microsystems--
Fiji ImageJ软件----
W-1转盘共聚焦显微镜(Nikon Eclipse Ti-2)Nikon--
GraphPad Prism软件GraphPad Softwareversion 7.04

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
动物模型建立
大鼠品系:nestin/tv-a转基因Sprague-Dawley大鼠;注射细胞:DF-1细胞转染RCAS质粒;分组:Fn14-low(PDGF-A+shp53)和Fn14-high(PDGF-A+shp53+Fn14);动物数量:Fn14-low组31只,Fn14-high组19只;性别:Fn14-low组16雄15雌,Fn14-high组12雄7雌;注射时间:PND 10;注射方式:颅内注射。
阅读提示:详见Methods 2.1节
MRI/MRS
MRI扫描仪:Bruker BioSpec 70/30USR Advance III 7T水平孔MR扫描仪;监测系统:SA Instruments Inc.;MRS数据定量:LCModel 6.3-0G;代谢物:Cho:Cr、NAA、乳酸;时间点:早期和晚期。
阅读提示:详见Methods 2.3节和Results 3.2节
组织病理学
组织:大鼠脑组织,固定包埋,切片厚度5μm;抗原修复:Bond Epitope Retrieval Solution1(pH~6)或Solution2(pH~9),99-100°C,20-32分钟;抗体:Fn14(ab109365, Abcam, 1:200),Ki-67(275R-18, Sigma-Aldrich, 1:100);检测系统:Leica BOND-III autostainer和Bond Polymer Refine Detection;定量:Fiji ImageJ。
阅读提示:详见Methods 2.5节和Results 3.3节
免疫荧光
切片厚度:12μm;封闭:2% donkey serum, 0.2% Triton X-100, 0.02% Tween;抗体浓度:PAI-1(1:1000),NF-κB p100/52(1:100),CD163(1:100),CD68(1:100),Iba1(1:500),CD49d(1:200);二抗:Alexa Fluor 488(1:400)或555(1:400);封片:ProLong Gold antifade with DAPI;对照:正常脑组织和无一抗对照。
阅读提示:详见Methods 2.6节和Results 3.4节
Western blot
组织裂解:HNTG缓冲液;蛋白定量:BCA;SDS-PAGE:NU-PAGE凝胶;转膜:PVDF膜;封闭:5% nonfat-milk in TBST;抗体:Fn14(ab109365)、IκBα(#9242)、RelB(#10544)、NIK(#4994)、p100/52(#4882)、GAPDH(#2118);检测:ECL Prime;定量:Fiji ImageJ,标准化至GAPDH。
阅读提示:详见Methods 2.7节和Results 3.5节
蛋白质芯片
芯片:Rat XL Cytokine Antibody Array Kit(ARY030);蛋白上样量:200μg;检测:化学发光;定量:密度分析。
阅读提示:详见Methods 2.7节和Results 3.6节
人GBM数据分析
数据集:TCGA(10个正常脑和548个GBM样本)、GlioVis(IDH野生型GBM/LGG)、Ivy GAP(122个区域);生存分析:Kaplan-Meier和log-rank检验;表达相关:Pearson相关。
阅读提示:详见Methods 2.8-2.10节和Results 3.7-3.8节