ST3GAL5高表达癌细胞分泌的外泌体通过建立转移前微环境促进腹膜播散

Exosomes secreted by ST3GAL5high cancer cells promote peritoneal dissemination by establishing a premetastatic microenvironment.

作者信息Misato Horie, Kurara Takagane, Go Itoh, Sei Kuriyama, Kazuyoshi Yanagihara, Masakazu Yashiro, Michinobu Umakoshi, Akiteru Goto, Junichi Arita, Masamitsu Tanaka
PMID37716915
期刊Mol Oncol
发布时间2024-01
DOI10.1002/1878-0261.13524

实验完整度

包含体外细胞共培养、类器官(?)动物模型(小鼠腹膜转移、皮下肿瘤)、患者样本及RNA-seq等多层级验证,并明确功能验证(如MMT、免疫检查点)和机制验证(CCL5-STAT3)。

主要模型

44As3胃癌细胞系 B16黑色素瘤细胞系 小鼠腹膜转移模型 WT1CreERT2-tdTomato转基因小鼠

重点核对

ST3G5基因敲除(CRISPR/PITCh)有效性 外泌体分离与标记方法(超速离心、ExoSparkler) cExo处理浓度(5 μg/mL)和时间(2天) CCL5-STAT3通路激活验证 免疫检查点分子表达(PD-1、TIM-3等)检测

摘要

癌症的腹膜播散影响患者生存。腹膜间皮细胞(PMCs)和免疫细胞的行为影响腹膜中促进癌细胞转移的微环境的建立。在此,我们研究了乳糖神经酰胺α-2,3-唾液酸转移酶(ST3G5;也称为ST3GAL5和GM3合酶)在外泌体介导的腹膜乳斑(MSs)转移前龛中的作用。发现ST3G5高表达癌细胞分泌的外泌体(ST3G5high-cExos)含有高水平的缺氧诱导因子1-α(HIF1α),并通过巨噬细胞(MΦs)中唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素1(CD169;也称为SIGLEC1)表达增加而被摄取,从而在MSs中积累。ST3G5high-cExos诱导MΦs中的促炎细胞因子和葡萄糖代谢变化,这些MΦs与PMCs的相互作用促进PMCs的间皮-间充质转化(MMT),从而产生αSMA+肌成纤维细胞。ST3G5high-cExos还增加了MSs中免疫检查点分子的表达和T细胞耗竭,加速了向大网膜的转移。在癌细胞中敲除ST3G5后这些事件得以阻止。机制上,ST3G5high-cExos上调受体MΦs和树突状细胞(DCs)中的趋化因子,包括CC-趋化因子配体5(CCL5),通过激活信号转导与转录激活因子3(STAT3)诱导MMT和免疫抑制。Maraviroc,一种C-C趋化因子受体5(CCR5)拮抗剂,阻止了ST3G5high-cExo介导的MMT、T细胞抑制和MSs中的转移。我们的结果表明ST3G5是预防cExo介导的腹膜播散的合适治疗靶点。

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
ST3GAL5高表达癌细胞分泌的外泌体如何通过腹膜乳斑中的微环境建立促进腹膜播散?
核心机制
ST3G5high-cExo通过上调受体巨噬细胞和树突状细胞中的CCL5,激活STAT3信号通路,促进间皮-间充质转化(MMT)和免疫抑制,从而建立转移前微环境。
主要证据
体外共培养实验显示ST3G5high-cExo处理的MΦs诱导PMC发生MMT;体内小鼠模型显示外泌体在MS中积累并促进肿瘤转移;RNA-seq和免疫印迹证实CCL5-STAT3通路活化。
研究意义
研究表明ST3G5是预防腹膜播散的潜在治疗靶点,Maraviroc可抑制ST3G5high-cExo介导的MMT和免疫抑制,为临床干预提供依据。

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

ST3G5基因编辑与细胞系构建

验证ST3G5在癌细胞外泌体介导腹膜播散中的作用

使用CRISPR/PITCh技术在44As3和B16细胞中敲除ST3G5,并建立ST3G5过表达的HSC-44PE细胞系,检测GM3水平变化。

2

外泌体分离与表征

分析ST3G5影响下外泌体内容物和功能

在缺氧条件下培养癌细胞收集外泌体,通过超速离心纯化,检测HIF1α、LDHA等蛋白表达,并标记外泌体用于追踪。

3

巨噬细胞和树突状细胞处理及功能测定

评估cExo对免疫细胞的影响及其在MMT和免疫抑制中的作用

将cExo与MΦs或iDCs共培养,检测CD169表达、细胞因子分泌、STAT3活化及对T细胞的影响。

4

腹膜间皮细胞共培养实验

验证cExo处理的MΦs是否诱导PMC发生MMT

将cExo-处理的MΦs与大鼠PMCs共培养,通过形态学观察、蛋白表达(E-cadherin、αSMA)和qRT-PCR评估MMT。

5

体内实验:外泌体预注射与肿瘤转移模型

验证ST3G5high-cExo在体内促进腹膜转移和免疫抑制的作用

将cExo注射入小鼠腹腔或皮下,随后接种癌细胞,观察肿瘤结节数量、大小及免疫细胞浸润。

6

RNA-seq及生物信息学分析

鉴定ST3G5high-cExo在受体细胞中诱导的差异表达基因和通路

对cExo处理的iDCs和MS组织进行RNA-seq,分析差异表达基因,并通过GO富集发现CCL5等炎症因子上调。

7

免疫组化及患者样本分析

评估ST3G5在人胃癌组织中的表达及其临床相关性

对胃癌患者样本进行ST3G5免疫组化染色,分析其与临床病理特征(如腹膜复发)的关联。

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
DMEM培养基----
胎牛血清----
低氧培养箱 (APM-30D)ASTEC--
脂质体转染试剂2000Life Technologies11668019
GeneArt CRISPR核酸酶载体Thermo Fisher Scientific--
ExoSparkler外泌体膜标记试剂盒DojindoRed: 340-09671, Green: 343-09661
EZ-Link Sulfo-NHS-LC-生物素Thermo Fisher Scientific21335
链霉亲和素磁珠Miltenyi Biotec130-048-102
MACS MS分离柱Miltenyi Biotec130-042-201
CD11b磁珠Miltenyi Biotec130-049-601
抗F4/80磁珠Miltenyi Biotec130-110-443
MojoSort分离试剂盒BioLegendCA 480024
FACSMelody流式细胞仪BD Biosciences--
BD FACSAria III流式细胞分选仪BD Biosciences--
抗ST3G5抗体Proteintech--
抗HIF1α抗体GeneTex--
抗CCL5抗体Santa Cruz Biotechnology--
抗STAT3抗体Santa Cruz Biotechnology--
抗磷酸化STAT3抗体Santa Cruz Biotechnology--
抗α-微管蛋白抗体Sigma-Aldrich--
抗β-肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnology--
抗CD169抗体Merck MilliporeMABT328
抗LDHA抗体Santa Cruz Biotechnology--
抗PD-L1抗体Proteintech--
抗E-钙黏蛋白抗体BD Biosciences--
抗αSMA抗体DakoM0851
抗GFP抗体ChromoTek--
抗F4/80抗体Bio-Rad--
抗CD8抗体Bioss--
抗Akt抗体Cell Signaling--
抗磷酸化Akt抗体Cell Signaling--
抗Erk1/2抗体Cell Signaling--
抗磷酸化Erk1/2抗体Cell Signaling--
抗Slug抗体Cell Signaling--
抗N-钙黏蛋白抗体Cell Signaling--
抗裂解Caspase-3抗体Cell Signaling--
抗磷酸化Smad2抗体Cell Signaling--
抗IL-1β抗体Cell Signaling--
抗IL-6抗体Santa Cruz Biotechnology--
抗TLR4抗体Santa Cruz Biotechnology--
抗LAG3抗体Santa Cruz Biotechnologysc-514 993
抗Arg1抗体Proteintech--
抗间皮素抗体Tecan (IBL)--
抗磷酸化PDHE1α抗体Novus--
抗CD25抗体Cell Signaling36128
抗GM3抗体TCI, JapanA2582
抗GM2抗体TCI, JapanA2576
抗GD3抗体Santa Cruz Biotechnology--
抗GD2抗体Santa Cruz Biotechnology--
Proteome Profiler细胞因子阵列试剂盒R&D SystemsARY006
乳酸检测试剂盒-WSTDojindoL256
酶标仪 (Multiskan FC)Thermo Fisher Scientific--
Envision检测试剂DakoK4002
抗原修复液DakoPH6 S1699, PH9 S2367
Opal四色免疫组化试剂盒PerkinElmerNEL794001KT
HRP标记二抗GE HealthcareNA931, NA934
LSM780共聚焦显微镜Zeiss--
LSM980共聚焦显微镜Zeiss--
Zen软件Zeiss--
碘化丙啶BD Biosciences--
PureLink RNA小提试剂盒Invitrogen--
LightCycler Nano实时荧光定量PCR仪Roche Diagnostics--
SYBR Green试剂盒Roche Diagnostics--
重组GM3Cayman15587
NGcGM3Cayman33263
马拉维罗TargetMolT6016
抗小鼠PD-1抗体AdipoGenAG-20B-0075PF
大鼠IgG2a同型对照MBLM081-3
ImageQuant LAS 500成像系统GE Healthcare--
IV型胶原酶Sigma-Aldrich9001-12-1
胰蛋白酶Sigma-AldrichT-3924
IV型脱氧核糖核酸酶Sigma-Aldrich9003-98-9
BD PharmLyse红细胞裂解液BD Biosciences555899
RPMI-1640培养基Sigma--
小鼠粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子Peprotech315-03
小鼠白介素-4Peprotech214-14
PS捕获外泌体流式检测试剂盒FujiFilm297-79701
pCS2+载体Addgene--
pCSII-CMV-MCS载体RIKEN--
pEGFP-N3载体Clontech--
RNA测序(Macrogen)Macrogen--
FlowJo软件BD Biosciences--
ImageJ软件NIH--
DAVID生物信息学资源6.8----
RNAseqChef----
GEO2RNCBI--

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
细胞培养与ST3G5基因编辑
癌细胞系(44As3、B16)的来源和培养条件;ST3G5敲除效率及克隆选择;缺氧处理条件
阅读提示:Materials and Methods 2.1 和 2.12
外泌体分离与处理
外泌体分离方法、浓度、处理时间;缺氧条件(1% O2)
阅读提示:Materials and Methods 2.3
巨噬细胞/树突状细胞与T细胞共培养
细胞比例(如10:1)、处理时间、检测的免疫检查点分子(PD-1, TIM-3等)
阅读提示:Materials and Methods 2.5 和 2.6
间皮细胞共培养与MMT评估
PMCs来源、共培养比例、MMT标志物(E-cadherin、αSMA)、Maraviroc使用剂量
阅读提示:Materials and Methods 2.4 和 Figure 2
体内肿瘤模型
小鼠品系(BALB/c nu/nu或C57BL/6)、cExo注射剂量、肿瘤细胞注射剂量和时间点
阅读提示:Materials and Methods 2.16 和 Figure 3、5、6
RNA-seq分析
样本类型(iDCs或MS组织)、数据分析流程、CCL5等关键基因的表达变化
阅读提示:Materials and Methods 2.13 和 Figure S6
临床样本分析
患者样本数量、ST3G5免疫组化染色条件、评判标准
阅读提示:Materials and Methods 2.17 和 2.18