重组人源化III型胶原蛋白通过GSTP1调控自噬抑制卵巢癌并诱导保护性抗肿瘤免疫

Recombinant humanized type III collagen inhibits ovarian cancer and induces protective anti-tumor immunity by regulating autophagy through GSTP1.

作者信息Hui Zeng, Hu Li, Li Wang, Shuang You, Shuaibin Liu, Xiaojing Dong, Fan He, Jingcong Dai, Quan Wei, Zhiyong Dong, Yanli Zhang, Jingbo Yang, Xia Yang, Jian Wang, Lina Hu
PMID39290464
发布时间2024-09-01
DOI10.1016/j.mtbio.2024.101220

实验完整度

研究包含体外细胞功能实验(增殖、迁移、侵袭、凋亡)、自噬检测(Western blot、TEM、LC3荧光)、RNA-seq与蛋白质组学联合分析、GSTP1敲低/过表达拯救实验、体内裸鼠及BALB/C小鼠肿瘤模型,并进行了免疫细胞分析及组织学验证。

主要模型

人卵巢癌细胞系A2780 人卵巢癌细胞系SKOV3 小鼠卵巢癌ID8细胞皮下移植模型(BALB/C小鼠) 人卵巢癌皮下移植瘤模型(裸鼠)

重点核对

细胞系:A2780、SKOV3、ID8,来源及STR鉴定(A2780和SKOV3) rhCOLIII浓度:体外0.5-8 mg/ml,体内8 mg/ml(每只0.8 mg) GSTP1敲低(siRNA)与过表达(慢病毒)处理 自噬调节剂:rapamycin(激活)和chloroquine(抑制) 体内模型:裸鼠皮下注射A2780细胞(5×10^6),BALB/C小鼠皮下注射ID8细胞(5×10^6),处理周期(12天或18天)

摘要

卵巢癌(OC)是女性恶性肿瘤死亡的主要原因之一,缺乏安全有效的治疗方法。新型生物材料重组人源化III型胶原蛋白(rhCOLIII)已被报道具有多种生物学功能,但其在OC中的作用尚不清楚。本研究旨在揭示rhCOLIII在OC中的功能和作用机制。我们开发了一种可注射的重组人胶原(rhCOL)衍生材料,分子量为45 kDa,具有稳定的三螺旋结构、高生物相容性、水溶性和生物安全性。通过体外和体内实验综合评价了rhCOLIII的抗肿瘤活性。体外实验结果表明,rhCOLIII抑制卵巢癌细胞(OCCs)的增殖、迁移和侵袭,并诱导细胞凋亡。此外,rhCOLIII不仅抑制OCCs的自噬,还增加了OCCs内MHC-1分子的表达。为进一步阐明rhCOLIII在OC中的作用机制,我们进行了RNA-Seq和蛋白质组学联合分析,发现rhCOLIII通过下调谷胱甘肽S-转移酶P1(GSTP1)发挥抗肿瘤作用和抑制自噬。此外,设计了多种拯救实验来证明rhCOLIII通过介导GSTP1抑制OCCs的自噬和增殖。在体内,我们发现rhCOLIII可以抑制肿瘤生长并促进CD8+ T细胞浸润。我们的结果表明,rhCOLIII在OC中具有显著的抗肿瘤潜力活性,并通过GSTP1调控自噬诱导保护性抗肿瘤免疫。这些发现阐明了rhCOLIII治疗OC的潜在治疗前景。

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
研究旨在探讨重组人源化III型胶原蛋白(rhCOLIII)在卵巢癌(OC)中的功能及其潜在机制,特别是其是否通过调控自噬和免疫应答发挥抗肿瘤作用。
核心机制
rhCOLIII通过下调GSTP1抑制卵巢癌细胞自噬,进而上调MHC-1表达,减少免疫逃逸,并促进CD8+ T细胞浸润,增强抗肿瘤免疫。
主要证据
体外实验显示rhCOLIII抑制A2780和SKOV3细胞增殖、迁移、侵袭并诱导凋亡;自噬相关蛋白LC3、ATG3、ATG5、NBR1降低,P62升高;RNA-seq和蛋白质组学联合分析显示GSTP1下调;GSTP1敲低/过表达拯救实验验证了GSTP1介导的自噬抑制和MHC-1上调;体内实验显示rhCOLIII抑制裸鼠和BALB/C小鼠肿瘤生长,增加TUNEL阳性细胞和CD3+、CD4+、CD8+ T细胞浸润。
研究意义
研究结果表明rhCOLIII可能是一种很有前景的卵巢癌治疗方法,并为其临床应用提供了理论依据。

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

rhCOLIII制备与表征

制备并表征rhCOLIII材料,验证其结构特性和生物安全性,为后续实验奠定基础。

将人III型胶原α1链Gly483-Pro512片段进行16次串联重复,构建重组表达载体,转化至大肠杆菌BL21(DE3),经诱导表达和纯化获得rhCOLIII。通过Edman降解法、LC-MS/MS、SEM、Fourier分析等方法表征其序列、分子量和微观结构。体内生物安全性实验包括对BALB/C小鼠和裸鼠进行注射处理,观察体重、主要脏器H&E染色、肝肾功能。

2

体外抗肿瘤活性评估

检测rhCOLIII对卵巢癌细胞增殖、迁移、侵袭和凋亡的影响。

使用A2780和SKOV3细胞系,通过EdU、CCK-8、集落形成、划痕实验、Transwell实验和流式细胞术检测不同浓度rhCOLIII处理后的细胞增殖、迁移、侵袭和凋亡变化。

3

自噬检测及机制初步探索

检测rhCOLIII对卵巢癌细胞自噬的影响,并探讨其在抗肿瘤功能中的作用。

通过Western blot检测自噬相关蛋白(ATG3、ATG5、LC3、NBR1、P62)表达;使用Ad-mCherry-GFP-LC3转染观察自噬流;TEM观察自噬体;利用ATG5敲除(CRISPR-Cas9)和rapamycin处理调控自噬,检测细胞增殖变化。

4

免疫逃逸相关分子检测

探究rhCOLIII对MHC-1表达的影响及其与自噬的关系。

通过Western blot和免疫荧光检测不同处理(rhCOLIII、rapamycin、chloroquine)下MHC-1的表达;通过siRNA敲低ATG3、ATG5、NBR1、P62观察MHC-1变化;Co-IP和免疫荧光验证NBR1与MHC-1的相互作用。

5

转录组与蛋白质组联合分析

通过双组学联合分析筛选rhCOLIII作用的潜在靶点。

对rhCOLIII处理与对照A2780细胞进行RNA-seq和蛋白质组学分析,通过KEGG富集分析、差异表达分析等,筛选出与自噬和免疫相关的候选基因GSTP1。

6

GSTP1功能验证与拯救实验

验证GSTP1在rhCOLIII抑制自噬、增殖、迁移和侵袭中的作用。

通过siRNA敲低和慢病毒过表达GSTP1,观察细胞增殖、迁移、侵袭和自噬水平的变化,并在rhCOLIII处理下评估其效应。

7

体内抗肿瘤及免疫调节评估

评估rhCOLIII在体内的抗肿瘤效果及其对免疫微环境的调节作用。

建立裸鼠A2780皮下移植瘤模型和BALB/C小鼠ID8皮下移植瘤模型,给予rhCOLIII或PBS处理,测量肿瘤体积和重量,通过TUNEL、IHC、免疫荧光、流式细胞术检测肿瘤组织中凋亡、自噬相关蛋白、胶原形态和免疫细胞浸润。

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Gibco--
McCoy's 5A培养基Gibco--
胎牛血清PAN--
青霉素-链霉素溶液BeyotimeC0222
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen--
嘌呤霉素Beyotime--
BeyoClick™ EdU细胞增殖检测试剂盒(Alexa Fluor 594)Beyotime--
Annexin V-FITC凋亡检测试剂盒Beyotime--
碘化丙啶溶液Beyotime--
RIPA裂解液Beyotime--
BCA蛋白浓度测定试剂盒Beyotime--
PVDF膜Merck Millipore--
MHC-I一抗Biossbs-7335R
LC3抗体CSTD3U4C
NBR1抗体CSTE6Q3F
ATG3抗体Proteincht10181-2-AP
ATG5抗体Proteincht111262-2-AP
P62抗体Proteincht18420-1-AP
GSTP1抗体Proteincht15902-1-AP
羊抗兔/鼠IgG二抗Biossbs-40295G-HRP
增强化学发光试剂盒Millipore--
通用免疫沉淀/共免疫沉淀试剂盒Abbkine--
蛋白A/G琼脂糖珠Abbkine--
腺病毒mCherry-GFP-LC3Genepharma--
生物素快速标记试剂盒Frdbbio--
二甲基亚砜Solarbio--
Masson染色试剂盒Sewell--
天狼星红染色MEIMIAN--
TUNEL检测试剂盒(HRP-DAB)Roche--
人卵巢组织芯片(ZLOVA961)Shanghai Zhuolibiotech Company--
CD3抗体Abcam--
CD4抗体Abcam--
CD8抗体Abcam--
MHC-1抗体Proteincht--
LC3抗体Santa--
PE标记抗CD3抗体BioLegend--
FITC标记抗CD4抗体BioLegend--
PE标记抗CD8抗体BioLegend--
PPSQ自动化蛋白多肽测序仪SHIMADZU--
高分辨率质谱仪Waters--
超高效液相色谱Waters--
流式细胞仪Beckman Coulter--
共聚焦激光扫描显微镜Nikon--
倒置显微镜Nikon--
透射电子显微镜Hitachi--
奥林巴斯激光扫描FV1200 MPE多光子显微镜Olympus--

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:A2780(DMEM)、SKOV3(McCoy's 5A)、ID8(未指明);培养基添加物(10% FBS、1%青霉素-链霉素),培养条件(37°C, 5% CO2)
阅读提示:Materials and methods 2.2 Cell culture
rhCOLIII处理浓度
rhCOLIII浓度:体外0, 0.5, 1, 2, 4, 8 mg/ml;体内8 mg/ml(每只0.8 mg)
阅读提示:Materials and methods 2.2 Cell culture, 2.15 Animal models
细胞增殖检测
细胞接种密度(96孔板3.0×10^3/孔),处理时间(48小时),检测试剂盒(BeyoClick EdU)
阅读提示:Materials and methods 2.5 Cell proliferation assay
迁移侵袭检测
Transwell上室细胞数(5×10^4),划痕实验细胞密度(1×10^6/孔),使用rhCOLIII浓度(8 mg/ml),处理时间(24小时或48小时)
阅读提示:Materials and methods 2.6 Transwell assay, 2.7 Scratch test
自噬检测
自噬相关蛋白抗体(anti-LC3, anti-P62, anti-ATG3, anti-ATG5, anti-NBR1),rhCOLIII浓度(0, 2, 4, 8 mg/ml),处理时间(48小时)
阅读提示:Materials and methods 2.10 Western blot assay, 2.12 Ad-mCherry-GFP-LC3 transfection
GSTP1敲低/过表达
siRNA序列(补充表S1),过表达慢病毒载体,筛选方法(嘌呤霉素2.5 μg/mL处理1-2周)
阅读提示:Materials and methods 2.3 Cell transfection
体内动物实验
动物品系(裸鼠、BALB/C小鼠),周龄(4-6周),细胞注射数量(5×10^6),处理方案(100 μL 8 mg/ml rhCOLIII,每3天一次),处理时间(裸鼠12天,BALB/C小鼠18天)
阅读提示:Materials and methods 2.15 Animal models: Establishment and treatments