老化黑色素瘤肿瘤微环境中的性别依赖性效应影响侵袭和对靶向治疗的耐药性

Sex-dependent effects in the aged melanoma tumor microenvironment influence invasion and resistance to targeted therapy.

作者信息Yash Chhabra, Mitchell E Fane, Sneha Pramod, Laura Hüser, Daniel J Zabransky, Vania Wang, Agrani Dixit, Ruzhang Zhao, Edwin Kumah, Megan L Brezka, Kevin Truskowski, Asmita Nandi, Gloria E Marino-Bravante, Alexis E Carey, Naina Gour, Devon A Maranto, Murilo R Rocha, Elizabeth I Harper, Justin Ruiz, Evan J Lipson, Elizabeth M Jaffee, Kristin Bibee, Joel C Sunshine, Hongkai Ji, Ashani T Weeraratna
PMID39243764
期刊Cell
发布时间2024-10-17
DOI10.1016/j.cell.2024.08.013

实验完整度

涉及人原代成纤维细胞、黑色素瘤细胞系、体内小鼠模型及患者样本等至少两个独立证据层级,并包含功能验证与机制验证。

主要模型

人原代真皮成纤维细胞(按年龄与性别分层) 人黑色素瘤细胞系(1205Lu、WM983b、WM2664、A2058、WM793等) C57BL/6小鼠移植瘤模型(Yumm1.7、BSC9AJ2) 人黑色素瘤组织样本(I/II期)

重点核对

原代成纤维细胞的年龄(<35岁 vs >55岁)和性别分层 成纤维细胞条件培养基(CM)处理黑色素瘤细胞的时间(48小时) 体内实验中使用的细胞系(Yumm1.7、BSC9AJ2)及注射细胞数(2×10^5) BRAFi/MEKi治疗剂量(PLX4720 200 mg/kg,PD0325901 7 mg/kg) 重组BMP2处理浓度(100 ng/ml)及时间(30分钟至48小时)

摘要

There is documented sex disparity in cutaneous melanoma incidence and mortality, increasing disproportionately with age and in the male sex. However, the underlying mechanisms remain unclear. While biological sex differences and inherent immune response variability have been assessed in tumor cells, the role of the tumor-surrounding microenvironment, contextually in aging, has been overlooked. Here, we show that skin fibroblasts undergo age-mediated, sex-dependent changes in their proliferation, senescence, ROS levels, and stress response. We find that aged male fibroblasts selectively drive an invasive, therapy-resistant phenotype in melanoma cells and promote metastasis in aged male mice by increasing AXL expression. Intrinsic aging in male fibroblasts mediated by EZH2 decline increases BMP2 secretion, which in turn drives the slower-cycling, highly invasive, and therapy-resistant melanoma cell phenotype, characteristic of the aged male TME. Inhibition of BMP2 activity blocks the emergence of invasive phenotypes and sensitizes melanoma cells to BRAF/MEK inhibition.

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
衰老过程中皮肤成纤维细胞的性别差异如何影响黑色素瘤的侵袭和靶向治疗耐药性?
核心机制
衰老男性成纤维细胞中EZH2下降导致BMP2分泌增加,BMP2通过Smad1/5和ERK1/2信号通路驱动黑色素瘤细胞向慢周期、高侵袭、治疗耐药的表型转化(上调AXL表达)。
主要证据
体外实验显示,老年男性成纤维细胞的条件培养基促进黑色素瘤细胞侵袭和耐药;体内实验证实老年雄性小鼠肿瘤生长更慢但更易肺转移,且对BRAFi/MEKi治疗不敏感;BMP2中和实验(NOGGIN)逆转了这些效应。
研究意义
研究揭示了年龄和性别对黑色素瘤进展及治疗反应的重要影响,提示在临床试验设计和治疗决策中应考虑性别和年龄因素,并为开发针对BMP2的靶向治疗策略提供理论基础。

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

成纤维细胞衰老和性别差异的表征

评估不同年龄和性别的原代真皮成纤维细胞的增殖、衰老和应激反应差异。

使用来自健康供体的原代真皮成纤维细胞,分为年轻(<35岁)和年老(>55岁)以及男性和女性组,通过BrdU掺入、SA-βgal染色、免疫印迹等方法检测增殖和衰老标志物。

2

成纤维细胞氧化应激和DNA损伤分析

检测不同年龄和性别成纤维细胞的ROS水平、线粒体ROS和DNA损伤修复能力。

使用CellROX、MitoSOX探针检测ROS,通过53BP1和γH2Ax foci评估DNA损伤,并通过H2O2处理评估修复能力。

3

成纤维细胞条件培养基对黑色素瘤细胞的影响

探究不同年龄和性别成纤维细胞分泌的因子对黑色素瘤细胞增殖、侵袭和氧化应激的影响。

收集四种成纤维细胞的条件培养基(CM),处理多种黑色素瘤细胞系(1205Lu、WM983b等),检测BrdU掺入、球体侵袭、ROS水平和DNA损伤。

4

体内小鼠模型验证

在体内验证宿主年龄和性别对黑色素瘤生长、转移和治疗反应的影响。

将Yumm1.7和BSC9AJ2黑色素瘤细胞注射到年轻(8周)和年老(>52周)的雄性和雌性C57Bl/6小鼠中,监测肿瘤生长、肺转移和对BRAFi/MEKi治疗的反应。

5

鉴定BMP2为关键分泌因子

寻找介导年老男性成纤维细胞效应的关键分泌因子,并验证BMP2的功能。

通过蛋白质组学分析比较年老男性和女性成纤维细胞的分泌组,发现BMP2在年老男性中特异升高。用重组BMP2处理黑色素瘤细胞,检测其对增殖、侵袭和信号通路的影响,并利用NOGGIN中和BMP2验证其功能。

6

BMP2调控机制研究

阐明年老男性成纤维细胞中BMP2上调的分子机制。

检测EZH2和H3K27me3的表达,并利用EZH2抑制剂(GSK126)和ATM抑制剂(KU-60019)处理成纤维细胞,观察对BMP2表达的影响。

7

BMP2对体内肿瘤生长和治疗反应的影响

验证BMP2在体内对黑色素瘤生长和靶向治疗耐药性的作用。

在年轻雄性小鼠中注射重组BMP2,或在小鼠中过表达Bmp2,观察肿瘤生长、转移和对BRAFi/MEKi治疗的反应;在年老雄性小鼠中用rmNoggin处理,观察是否恢复治疗敏感性。

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
DMEM培养基Invitrogen--
RPMI培养基Invitrogen--
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
溴脱氧尿苷Peprotech5911439
X-半乳糖苷Selleck ChemS6820
CellROX绿色荧光探针Thermo ScientificC10444
MitoSOX红色荧光探针Thermo ScientificM36008
RIPA裂解液Cell Signaling9806
Pierce BCA蛋白测定试剂盒Fisher Scientific23225
PVDF膜----
ECL Prime Western印迹系统GE HealthcareGERPN2232
抗原修复液(柠檬酸基)Vector LabsH-3300-250
蛋白封闭液Abcamab64226
AEC底物系统Abcamab64252
苏木素溶液(迈尔改良)Abcamab220365
活/死细胞活力/细胞毒性检测试剂盒Fisher ScientificL3224
人BMP2 Quantikine ELISA试剂盒(条件培养基)R&D SystemsDBP200
人BMP2 ELISA试剂盒(血浆和血清)Abcamab119581
Proteome Profiler人XL细胞因子芯片试剂盒R&D SystemsARY022B
RNeasy试剂盒Qiagen74004
iScript cDNA合成试剂盒Bio-Rad1708891
Fast SYBR Green预混液Applied Biosystems4385612
人相对端粒长度定量qPCR检测试剂盒ScienCell8908
总抗氧化能力检测试剂盒Sigma AldrichMAK187
Q Exactive HF-X质谱仪Thermo Scientific--
TMT10plex标记试剂----
PLX4720(BRAF抑制剂)Selleck ChemS1152
PD0325901(MEK抑制剂)Selleck ChemS1036
多西环素盐酸盐TCI AmericaD4116
GSK126(EZH2抑制剂)Selleck ChemicalsS7061
KU-60019(ATM抑制剂)Selleck ChemicalsS1570
重组人/小鼠/大鼠BMP2R&D Systems355-BM
重组人/小鼠/大鼠BMP2MedChemExpressHY-P7006
重组人NOGGINR&D Systems6057-NG
重组小鼠NogginPeprotech250-38
葡聚糖包被活性炭Millipore SigmaC6241
大鼠尾I型胶原蛋白Thermo ScientificA1048301
尼康Eclipse Ti2显微镜Nikon--
NIS Elements高级研究软件Nikon--
ImageJ----
Fiji----
QuPath v0.4.3----
GraphPad Prism 9GraphPad Software--
BMP2抗体(BS-1012R)BiossBS-1012R
BMP2单克隆IgG1抗体(中和)Thermo ScientificMA5-23764
WNT5A抗体R&D SystemsAF645
AXL抗体BiossBS-5180R
MITF抗体BiossBS-1990R
MITF抗体(D5G7V)Cell Signaling12590
p16抗体Millipore SigmaZRB1437
p21抗体ProteintechA10355-1-AP
磷酸化组蛋白H2Ax (Ser139)抗体Cell Signaling9718
53BP1抗体Novus BiologicalsBB100-304
APE1抗体Cell Signaling10519
HSP90抗体Cell Signaling4877
GAPDH抗体(14C10)Cell Signaling2118
磷酸化RB (Ser807/811)抗体Cell Signaling8516
RB抗体Cell Signaling9309
Ki-67抗体Novus BiologicalsNB600-1252
EZH2抗体Cell Signaling5246
H3K27me3抗体Cell Signaling9733
磷酸化ATM (Ser1981)抗体Cell Signaling13050
ATM抗体(D2E2)Cell Signaling2873
磷酸化SMAD1/5 (Ser463/Ser465)抗体Thermo Scientific700047
SMAD1抗体Cell Signaling9743
SOD1抗体Cell Signaling37385
SOD2抗体Cell Signaling13141
Nrf2 (Ser40)抗体BiossBSM-52179
N-钙黏蛋白抗体Cell Signaling13116
磷酸化肌球蛋白轻链2 (Ser19)抗体Cell Signaling3671
肌球蛋白轻链2抗体Cell Signaling8505
CD45抗体Abcamab10558
mCherry抗体Abcamab167453

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
成纤维细胞分离与培养
供体年龄分组(年轻<35岁 vs 年老>55岁)、性别、培养基成分(酚红-free和炭处理血清)
阅读提示:STAR Methods 'Cell lines' 和 'Treatments' 部分
条件培养基制备
成纤维细胞培养时间(72小时)、过滤方法(0.45 μm PVDF滤膜)、归一化方法(细胞计数)
阅读提示:STAR Methods 'Treatments' 部分
黑色素瘤细胞处理
细胞系、条件培养基处理时间(48小时)、BrdU标记时间(1小时)
阅读提示:STAR Methods 'BrdU Incorporation Assay' 部分
氧化应激检测
H2O2处理浓度(2 mM)、处理时间(30分钟)、恢复时间(24小时)、ROS探针(CellROX, MitoSOX)浓度及孵育时间
阅读提示:STAR Methods 'ROS Detection Assay' 和 'Cytosolic and mitochondrial ROS measurement' 部分
3D球体侵袭实验
细胞接种密度(5000细胞/孔)、球体形成时间(3天)、胶原类型(鼠尾I型胶原)、成像时间点(1205Lu 24小时,WM983b 72小时)
阅读提示:STAR Methods '3-D Spheroid Assays' 部分
体内小鼠模型
小鼠品系(C57Bl/6)、年龄(8周 vs >52周)、性别、细胞注射数量(2×10^5)、注射途径(皮内)、肿瘤测量频率和计算方法
阅读提示:STAR Methods 'In vivo allograft assays' 部分
靶向治疗耐药性评估
BRAFi/MEKi浓度(PLX4720 3 μM,PD0325901 500 nM)、处理时间(48小时)、饮食给药剂量(200 mg/kg PLX4720和7 mg/kg PD0325901)、开始治疗时肿瘤体积(150-200 mm3)
阅读提示:STAR Methods '3-D Spheroid Assays' 和 'Young versus aged mice experiments' 部分
BMP2处理
rBMP2浓度(100 ng/ml)、处理时间(30分钟至48小时)、rmBMP2体内剂量(1 μg/只)、给药频率(隔日)、给药方式(皮下/瘤内)
阅读提示:STAR Methods 'Treatments' 和 'Recombinant Bmp2 treatment' 部分
NOGGIN处理
rhNOGGIN浓度(0.5-1 μg/ml)、体内rmNoggin剂量(2 μg/只)、给药频率和方式
阅读提示:STAR Methods 'Treatments' 和 'Recombinant Noggin treatment' 部分
EZH2和ATM抑制剂处理
GSK126浓度(5 μM)、KU-60019浓度(3 μM)、处理时间(4天或8天)、培养基更换频率
阅读提示:STAR Methods 'Treatments' 部分