使用细胞系来源的异种移植模型研究口腔癌的骨侵袭及其潜在机制

Investigation of bone invasion and underlying mechanisms of oral cancer using a cell line-derived xenograft model.

作者信息Qiusheng Shan, Kiyofumi Takabatake, Haruka Omori, Hotaka Kawai, May Wathone Oo, Shintaro Sukegawa, Masae Fujii, Yasunori Inada, Sho Sano, Keisuke Nakano, Hitoshi Nagatsuka
PMID36238359
发布时间2022-09-13
DOI10.3892/ol.2022.13502

实验完整度

包含体外细胞共培养、体内异种移植模型、组织学染色、免疫组化及微阵列组学分析,并进行了功能验证和机制探索。

主要模型

HSC-3细胞系(人OSCC) RAW264.7细胞系(小鼠巨噬细胞/破骨细胞前体) BALB-nu-nu小鼠异种移植模型 G-SCs与P-SCs(正常牙龈和牙周膜基质细胞)

重点核对

G-SCs与P-SCs的分离来源(正常牙龈组织和牙根表面) 细胞共培养比例:RAW264.7:G-SCs/P-SCs/HDFs:HSC-3=3:3:1 体内注射细胞数量:HSC-3 1×10^6,基质细胞3×10^6 动物模型观察时间:4周 样本量:每组5只小鼠,最终每组4只用于分析

摘要

癌症基质调控口腔鳞状细胞癌(OSCC)中的骨侵袭。然而,关于正常基质的数据有限。在本研究中,通过细胞系来源的异种移植模型,使用苏木精-伊红和抗酒石酸酸性磷酸酶染色评估了牙龈和牙周膜组织来源的基质细胞(分别为G-SCs和P-SCs)以及人真皮成纤维细胞(HDFs)对骨吸收和破骨细胞活化的影响。结果表明,G-SCs在与人口腔鳞状细胞癌HSC-3细胞系串扰后,促进了骨侵袭和破骨细胞活化,并抑制了破骨细胞增殖,而P-SCs在体外与HSC-3细胞串扰后抑制了骨吸收并促进了破骨细胞增殖,但在体内和体外对破骨细胞活化的影响均很小。此外,通过免疫组织化学评估了G-SCs、P-SCs和HDFs对OSCC骨侵袭区域中HSC-3细胞基质金属蛋白酶(MMP)-9、膜型1 MMP(MT1-MMP)、Snail、甲状旁腺激素相关肽(PTHrP)和核因子κB受体活化因子配体(RANKL)蛋白表达水平的影响。结果表明,G-SCs对MMP-9、MT1-MMP、Snail、PTHrP和RANKL的表达有更显著的影响,而P-SCs仅促进RANKL和PTHrP的表达,对MMP-9、MT1-MMP和Snail表达的影响很小。使用微阵列评估了G-SCs和P-SCs对OSCC骨侵袭差异效应背后的潜在基因,表明细胞周期蛋白依赖性激酶1、胰岛素、极光激酶A、细胞周期蛋白B1和DNA拓扑异构酶II α是这些差异效应的基础。因此,这些结果表明G-SCs通过激活骨表面的破骨细胞促进OSCC的骨侵袭,而P-SCs则发挥抑制作用。这些发现可能提示OSCC骨侵袭的潜在调控机制。

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
正常来源的牙龈基质细胞(G-SCs)和牙周膜基质细胞(P-SCs)对口腔鳞状细胞癌骨侵袭的作用及其潜在机制是什么?
核心机制
G-SCs通过促进HSC-3细胞中MMP-9、MT1-MMP、Snail、PTHrP和RANKL的表达,激活骨表面破骨细胞,从而促进骨侵袭;P-SCs仅促进RANKL和PTHrP表达,对侵袭和EMT影响小,整体抑制骨吸收。CDK1、INS、AURKA、CCNB1和TOP2A可能介导G-SCs和P-SCs的差异效应。
主要证据
体内异种移植模型结合H&E和TRAP染色显示G-SCs促进骨吸收,P-SCs抑制;免疫组化显示G-SCs上调MMP-9、MT1-MMP、Snail、PTHrP、RANKL表达;体外TRAP染色显示G-SCs与HSC-3共培养促进破骨细胞活化,P-SCs促进增殖;微阵列及GO/PPI分析鉴定出差异基因。
研究意义
该研究首次提供体内和体外证据表明正常基质特性在OSCC骨侵袭中起关键作用,并提示正常基质可能成为骨侵袭的新型治疗靶点,为OSCC骨侵袭提供潜在调控机制。

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

提取和培养正常基质细胞及癌细胞系

建立实验所需的细胞模型,包括OSCC细胞系HSC-3、破骨细胞前体RAW264.7、正常基质细胞G-SCs/P-SCs和对照HDFs。

从正常牙龈组织和牙根表面分离G-SCs和P-SCs,并培养HSC-3、RAW264.7和HDFs,使用α-MEM培养基。

2

体外共培养评估破骨细胞活化与增殖

检测G-SCs、P-SCs和HDFs单独或与HSC-3共培养时对破骨细胞活化、分化和增殖的影响。

将RAW264.7、基质细胞和HSC-3按3:3:1比例混合培养,进行TRAP染色,计算TRAP阳性细胞百分比和破骨细胞总数。

3

构建异种移植小鼠模型并评估骨侵袭

在体内评估G-SCs和P-SCs对HSC-3细胞骨侵袭的影响。

将HSC-3与G-SCs、P-SCs或HDFs混合后皮下注射到BALB-nu-nu小鼠头顶,4周后取头部组织进行H&E和TRAP染色,评估骨吸收长度和类型。

4

免疫组化检测骨侵袭区域蛋白表达

检测G-SCs、P-SCs和HDFs对HSC-3细胞中MMP-9、MT1-MMP、Snail、RANKL和PTHrP蛋白表达水平的影响。

对组织切片进行IHC染色,使用特定抗体检测上述蛋白,并计算IHC评分。

5

微阵列分析差异表达基因

揭示G-SCs和P-SCs对OSCC骨侵袭差异效应的潜在分子机制。

从培养的G-SCs和P-SCs中提取RNA,进行微阵列分析,比较P-SCs相对于G-SCs的差异表达基因,并进行GO富集分析和PPI网络分析。

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
α-MEM培养基Thermo Fisher Scientific, Inc.--
胎牛血清Biowest--
抗真菌抗生素Thermo Fisher Scientific, Inc.--
EDTAThermo Fisher Scientific, Inc.--
Accutase溶液Invitrogen; Thermo Fisher Scientific, Inc.--
TRAP染色试剂盒Cosmo Bio Co., Ltd.AK04F
miRNeasy micro试剂盒Qiagen, Inc.--
NanoDrop OneThermo Fisher Scientific, Inc.--
BioAnalyzerRNA6000 NanoAgilent Technologies, Inc.--
Low Input Quick Amp标记试剂盒Agilent Technologies, Inc.--
RNeasy mini离心柱Qiagen, Inc.--
SurePrint G3 人类8×60k ver.3.0微阵列Agilent Technologies, Inc.--
G4900DA微阵列扫描仪Agilent Technologies, Inc.--
伊红Muto Pure Chemicals Co., Ltd.--
Dako靶标修复液Agilent Technologies, Inc.S2367
正常血清Vector Laboratories--
抗MMP-9抗体Kyowa Pharma Chemical Co., Ltd.F-69
抗MT1-MMP抗体Kyowa Pharma Chemical Co., Ltd.F-86
抗Snail+SLUG抗体Abcamab180714
抗RANKL抗体BIOSSbs-0747R
抗PTHrP抗体ProteinTech Group, Inc.10817-1-AP
ABC试剂盒Vector Laboratories, Inc.PK-6102
ABC试剂盒Vector Laboratories, Inc.PK-6101
Histofine DAB底物Nichirei Biosciences, Inc.--

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
细胞系来源和培养条件,包括HSC-3、RAW264.7、HDFs的货号,培养基成分(α-MEM、10% FBS、1%抗真菌抗生素),以及G-SCs和P-SCs的分离来源。
阅读提示:Materials and methods: Establishment of primary normal SCs
体外共培养TRAP染色
细胞共培养比例(3:3:1)、接种密度(3.5×10^5细胞/孔)、培养时间(3天)、TRAP染色试剂盒货号。
阅读提示:Materials and methods: Tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) staining of cells
异种移植模型
小鼠品系(BALB-nu-nu)、年龄(4周)、体重(15g)、细胞注射数量(HSC-3 1×10^6,基质细胞3×10^6)、注射体积(200μl)、分组(每组5只)、观察时间(4周)、麻醉药物剂量。
阅读提示:Materials and methods: Generation of HSC-3/SC xenograft mouse model
组织学染色
组织固定和脱钙时间(4% PFA 12小时,10% EDTA 4周)、切片厚度(5μm)、H&E染色时间(苏木精5分钟,伊红7分钟)。
阅读提示:Materials and methods: Hematoxylin and eosin (H&E) staining
免疫组化
抗原修复方法(微波时间、缓冲液)、一抗稀释度、孵育时间(4°C过夜)、IHC评分方法。
阅读提示:Materials and methods: Immunohistochemistry (IHC)
微阵列分析
RNA提取方法、微阵列平台、差异表达基因筛选标准(|LogFC|>1)、GO和PPI分析参数。
阅读提示:Materials and methods: Bioinformatics analysis of microarray data