NUPR1通过AhR/CYP信号轴维持ROS稳态促进肝细胞癌放射抵抗

NUPR1 contributes to radiation resistance by maintaining ROS homeostasis via AhR/CYP signal axis in hepatocellular carcinoma.

作者信息Yizhi Zhan, Zhanqiao Zhang, Yuechen Liu, Yuan Fang, Yuwen Xie, Yilin Zheng, Guoxin Li, Li Liang, Yi Ding
PMID36258210
期刊BMC Med
发布时间2022-10-19
DOI10.1186/s12916-022-02554-3

实验完整度

体外细胞实验(集落形成、彗星实验)、体内异种移植瘤模型、RNA测序和免疫共沉淀等机制研究,以及临床样本分析。

主要模型

HCC细胞系(MHCC-97H、MHCC-97L、QGY-7701、Hep3B) 小鼠异种移植瘤模型(裸鼠和C57/BL6小鼠) HCC患者组织样本(含放疗前后样本)

重点核对

NUPR1过表达或敲低后,经IR处理(0-8 Gy)的集落形成、细胞死亡和DNA损伤(γH2AX、彗星实验)变化 ROS水平(CM-H2DCFDA、CellROX)和脂质过氧化(BODIPY C11)检测,以及NAC(5 mM)和茜素(20 μM)处理对ROS和细胞活力的影响 NUPR1与AhR的相互作用及AhR蛋白稳定性(CHX追踪、CQ和BafA1处理) AhR激动剂FICZ(5 μM)和拮抗剂CH223191(5 μM)对ROS水平和集落形成的影响 体内实验中IR剂量(8 Gy/天×2天或10 Gy)和ZZW-115给药(1 mg/kg,腹腔注射,连续7天)

摘要

背景 放射治疗(RT)是肝细胞癌(HCC)的主要治疗方法之一。电离辐射(IR)诱导活性氧(ROS)的产生,从而产生有前景的抗肿瘤效果。然而,氧化还原系统的失调常导致放射抵抗,并损害RT的疗效。越来越多的证据表明,核蛋白1(NUPR1)在氧化还原反应中发挥关键作用。在本研究中,我们旨在探讨NUPR1在维持ROS稳态和HCC放射抵抗中的作用。 方法 通过集落形成实验、彗星实验在体外和异种移植瘤模型在体内确定NUPR1的放射抵抗作用。使用ROS探针、凋亡分析和脂质过氧化分析来研究NUPR1对ROS稳态和氧化应激的功能效应。采用RNA测序和免疫共沉淀实验阐明NUPR1抑制AhR/CYP信号轴的机制。最后,我们分析了临床标本以评估NUPR1和AhR在HCC放疗疗效中的预测价值。 结果 我们证明NUPR1在HCC组织中上调,并验证NUPR1在体内外增加HCC的放射抵抗。NUPR1通过下调细胞色素P450(CYP)减轻ROS的产生并抑制氧化应激,包括凋亡和脂质过氧化。ROS清除剂N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)和CYP抑制剂茜素恢复NUPR1敲低细胞在IR期间的活力。机制上,NUPR1与芳香烃受体(AhR)的相互作用通过自噬-溶酶体途径促进AhR的降解和减少核转位,随后无法进行CYP的转录。此外,基因和药理学激活AhR消除了NUPR1的放射抵抗作用。临床数据表明,NUPR1和AhR可作为预测HCC放射反应的新型生物标志物。 结论 我们的发现揭示了NUPR1在IR时通过AhR/CYP信号轴调节ROS稳态和氧化应激的作用。靶向NUPR1/AhR/CYP通路的策略可能对提高HCC的放疗疗效具有重要的临床应用价值。

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
NUPR1是否通过调控ROS稳态影响肝细胞癌的放射抵抗,其潜在分子机制是什么?
核心机制
NUPR1与AhR结合,通过自噬-溶酶体途径促进AhR降解并减少其核转位,从而抑制AhR/ARNT介导的CYP1A1、CYP1B1等CYP酶的转录,减少IR诱导的ROS生成和氧化应激,最终导致放射抵抗。
主要证据
体外实验显示NUPR1过表达降低ROS和凋亡,敲低则相反;NAC和茜素可逆转敲低表型。体内异种移植瘤实验显示NUPR1过表达增强放射抵抗,ZZW-115抑制NUPR1增敏放疗。机制上,Co-IP证实NUPR1与AhR结合,且CQ和BafA1恢复AhR水平。临床样本中,放疗不响应患者NUPR1高表达而AhR低表达。
研究意义
NUPR1和AhR可作为预测HCC放疗反应的生物标志物,靶向NUPR1/AhR/CYP通路可能提高HCC的放疗疗效。

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NUPR1在体外对放射抵抗的作用

明确NUPR1表达对HCC细胞放射敏感性的影响。

构建NUPR1过表达(MHCC-97H、MHCC-97L)和敲低(QGY-7701、Hep3B)细胞系,经不同剂量IR处理后进行集落形成、细胞死亡、彗星实验和γH2AX检测。

2

验证NUPR1在体内对放射抵抗的作用

在动物模型中验证NUPR1对肿瘤放射敏感性的影响。

将NUPR1过表达或对照MHCC-97H细胞皮下接种裸鼠,并在肿瘤体积达100 mm³时给予IR(8 Gy/天×2天),检测肿瘤生长;另用Hepa1-6细胞接种C57/BL6小鼠,给予ZZW-115和/或IR处理。

3

研究NUPR1对ROS和氧化应激的调控

探讨NUPR1是否通过影响ROS生成和氧化应激来介导放射抵抗。

通过RNA测序鉴定差异表达基因,发现CYP代谢通路下调。检测ROS水平、NADPH/NADP+比值、凋亡和脂质过氧化。使用ROS清除剂NAC和CYP抑制剂茜素处理细胞,观察对细胞存活的影响。

4

探索NUPR1调控AhR的分子机制

揭示NUPR1如何调控AhR蛋白表达和功能。

通过蛋白质印迹检测AhR和ARNT水平,免疫荧光观察AhR定位,CHX追踪AhR稳定性,使用CQ和MG132抑制溶酶体和蛋白酶体,Co-IP验证NUPR1与AhR相互作用。

5

验证AhR/CYP轴在NUPR1介导放射抵抗中的作用

证明AhR/CYP轴是NUPR1放射抵抗功能所必需的。

在NUPR1不同表达细胞中过表达AhR,检测CYPs表达、ROS水平和细胞死亡。使用AhR激动剂FICZ和拮抗剂CH223191处理细胞,评估对集落形成的影响。

6

分析临床样本中NUPR1与放疗反应的关系

评估NUPR1和AhR表达是否与HCC患者放疗疗效相关。

通过IHC检测13例接受RT的HCC患者肿瘤组织中NUPR1和AhR的表达,比较响应和非响应患者的差异;并利用TCGA和GEO数据库分析NUPR1表达与预后的相关性。

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
高糖DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
嘌呤霉素----
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen--
N-乙酰-L-半胱氨酸MedChemExpress--
ZZW-115MedChemExpress--
FICZMedChemExpress--
CH223191MedChemExpress--
氯喹Selleck Chemicals--
巴弗洛霉素A1Selleck Chemicals--
MG132Selleck Chemicals--
茜素Selleck Chemicals--
PVDF膜Millipore--
增强化学发光试剂盒Thermo Fisher Scientific--
RIPA裂解液BeyotimeP0013D
蛋白A/G琼脂糖珠----
DAPI----
山羊血清----
Triton X-100----
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript RT试剂盒TaKaRa BioRR037A
TB Green Premix Ex Taq IITaKaRa BioRR820A
Agilent 2200 TapeStationAgilent Technologies--
HiSeq 3000测序平台Illumina--
CM-H2DCFDA探针Thermo FisherC6827
CellROX Deep Red试剂Thermo FisherC10422
BODIPY 581/591 C11染料InvitrogenD3861
FACS Canto II流式细胞仪BD Biosciences--
FITC-Annexin VKeyGen BioTech--
APC-Annexin VKeyGen BioTech--
DAPI----
基质胶----
DNA损伤检测试剂盒KeyGen BioTech--
低熔点琼脂糖----
正常熔点琼脂糖----
奥林巴斯BX63荧光显微镜Olympus--
NADP/NADPH定量试剂盒Sigma-AldrichMAK038
DAB显色液----
苏木素----
NUPR1抗体Proteintech15056-1-AP
CYP1B1抗体Proteintech18505-1-AP
CYP3A4抗体Proteintech18227-1-AP
ARNT抗体Proteintech14105-1-AP
HSP90抗体Proteintech60318-1-Ig
β-actin抗体Proteintech20536-1-AP
LaminB1抗体Proteintech12987-1-AP
LC3抗体Proteintech14600-1-AP
GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
AhR抗体ABclonal TechnologyA4000
CYP1A1抗体ABclonal TechnologyA2159
Caspase 3抗体ABclonal TechnologyA19654
PARP抗体ABclonal TechnologyA19596
Cleaved PARP抗体ABclonal TechnologyA19612
γH2AX抗体Cell Signaling Technology#80312
p62抗体Cell Signaling Technology#8025S
Anti-Flag抗体Sigma-AldrichF1804
AhR抗体GeneTexGTX22770
小鼠IgGProteintechB900620
HRP-山羊抗兔IgGProteintechSA00001-2
NUPR1抗体Abcamab234696
LAMP1抗体Abcamab208943
Alexa Fluor 488偶联二抗Bioss--
Alexa Fluor 555偶联二抗Bioss--
Ki67抗体Cell Signaling Technology#9449
PCNA抗体ABclonalA12427
γH2AX抗体Cell Signaling Technology#9718
MDA抗体Abcamab24066

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
HCC细胞系(MHCC-97H、MHCC-97L、QGY-7701、Hep3B)的培养条件:高糖DMEM+10% FBS,37°C,5% CO2;细胞传代不超过35代;使用STR分析验证细胞身份。
阅读提示:Methods 中 Cell culture and patient samples 部分
集落形成实验
细胞接种密度(MHCC-97H/MHCC-97L/Hep3B 1000-6000/孔,QGY-7701 250-1000/孔);IR剂量(0-6 Gy);处理后培养约2周;固定和结晶紫染色;存活分数计算。
阅读提示:Methods 中 Colony formation assay 部分
ROS和脂质过氧化检测
细胞预处理药物(NAC、茜素等)和时间(24小时);IR剂量(8 Gy);ROS探针(CM-H2DCFDA 5 μM,CellROX Deep Red 5 μM);脂质过氧化探针(BODIPY C11 5 μM);孵育时间30分钟;流式细胞仪检测。
阅读提示:Methods 中 ROS and lipid peroxidation assay 部分
细胞死亡和凋亡分析
IR剂量(8 Gy);细胞死亡检测(7-AAD 5 μM,孵育15分钟);凋亡检测(IR后48小时,Annexin V/DAPI染色);流式细胞术分析。
阅读提示:Methods 中 Cell death analysis 和 Apoptosis analysis 部分
蛋白质印迹
抗体来源和稀释比例需核对原文;一抗孵育条件(4°C过夜);二抗孵育(室温1小时);ECL显色。
阅读提示:Methods 中 Western blot analysis 部分
免疫共沉淀
细胞裂解使用RIPA缓冲液(含蛋白酶抑制剂),离心条件(12,000×g,15分钟);抗体(anti-Flag、anti-AhR)和Protein A/G琼脂糖珠孵育(4°C过夜);洗涤后Western blot检测。
阅读提示:Methods 中 Co-immunoprecipitation assay 部分
RNA测序
MHCC-97H细胞转染NUPR1过表达或对照载体;IR剂量(8 Gy);处理后24小时提取RNA;文库构建和测序平台(HiSeq 3000)。
阅读提示:Methods 中 RNA sequencing 部分
体内异种移植瘤模型
细胞接种量(MHCC-97H 2×10^6,Hepa1-6 1×10^7);小鼠品系(裸鼠和C57/BL6,雄性,4-6周龄);IR方案(8 Gy/天×2天或10 Gy单次);ZZW-115剂量(1 mg/kg,腹腔注射,连续7天);肿瘤体积测量频率(每4天)。
阅读提示:Methods 中 In vivo xenograft mouse models 部分
免疫组织化学
组织切片厚度(3 μm);抗原修复;一抗浓度和孵育条件(4°C过夜);DAB显色和苏木素复染;评分标准(强度×范围)。
阅读提示:Methods 中 Immunohistochemistry (IHC) analysis 部分
彗星实验
IR剂量(8 Gy);低熔点琼脂糖和正常熔点琼脂糖;裂解缓冲液处理(4°C,2小时);电泳条件;DAPI染色;CASP软件分析尾矩。
阅读提示:Methods 中 Comet assay 部分
NADPH/NADP+定量
IR剂量(8 Gy);处理后24小时;提取缓冲液;过滤;检测试剂盒(MAK038);吸光度测量(450 nm)。
阅读提示:Methods 中 NADPH/NADP+ quantification 部分
统计分析
统计软件(SPSS 20.0,GraphPad Prism 8);检验方法(Student's t-test,two-way ANOVA);显著性水平(P<0.05)。
阅读提示:Methods 中 Statistical analysis 部分