S670,一种3-O-乙酰基-11-酮-β-乳香酸酰胺衍生物,通过产生ROS和抑制STX17介导的自噬体与溶酶体融合诱导人胶质母细胞瘤细胞铁死亡

S670, an amide derivative of 3-O-acetyl-11-keto-β-boswellic acid, induces ferroptosis in human glioblastoma cells by generating ROS and inhibiting STX17-mediated fusion of autophagosome and lysosome.

作者信息Yi-Hui Yang, Wan Li, Li-Wen Ren, Hong Yang, Yi-Zhi Zhang, Sen Zhang, Yue Hao, Dong-Ke Yu, Rong-Sheng Tong, Guan-Hua Du, Jian-You Shi, Jin-Hua Wang
PMID37749236
发布时间2024-01
DOI10.1038/s41401-023-01157-9

实验完整度

包含体外细胞实验(增殖、迁移、凋亡、铁死亡、自噬流、蛋白表达)、机制研究(siRNA敲低、Co-IP)和体内异种移植模型,并进行了功能验证(抑制剂、敲低)和机制验证。

主要模型

人胶质母细胞瘤细胞系U87 人胶质母细胞瘤细胞系U251 U87小鼠异种移植模型(BALB/c裸鼠)

重点核对

S670浓度:0-16 μM,IC50约6 μM S670处理时间:24, 48, 72小时 体内模型:U87细胞皮下植入BALB/c裸鼠,S670给药剂量25和50 mg/kg,每日灌胃,持续12天 使用NAC(5 mM)作为ROS清除剂,Fer-1(1 μM)作为铁死亡抑制剂 siRNA敲低Beclin-1、TFEB、STX17验证机制

摘要

胶质母细胞瘤(GBM)是脑中最常见的恶性肿瘤,替莫唑胺(TMZ)是唯一获批的化疗药物。GBM的特点是放疗和化疗耐药、复发以及低免疫应答。迫切需要新的疗法来改善GBM患者的预后。我们之前报道过3-O-乙酰基-11-酮-β-乳香酸(AKBA)抑制GBM的生长。在本研究中,我们表征了S670(一种合成的AKBA酰胺衍生物)的抗GBM作用,并研究了其潜在机制。我们发现S670剂量依赖性地抑制人GBM细胞系U87和U251的增殖,IC50值约为6 μM。此外,我们发现S670(6 μM)显著刺激线粒体ROS的产生并诱导GBM细胞铁死亡。此外,S670处理诱导ROS介导的Nrf2激活和TFEB核转位,促进GBM细胞中保护性自噬体和溶酶体的生物发生。另一方面,S670处理显著抑制STX17的表达,从而损害自噬体-溶酶体融合并阻断自噬流,这加剧了ROS积累并增强了GBM细胞的铁死亡。在U87小鼠异种移植模型中,给予S670(50 mg·kg−1·d−1,灌胃)12天可显著抑制肿瘤生长,肿瘤组织中Ki67表达降低,LC3和LAMP2表达增加。总之,S670通过产生ROS和抑制STX17介导的自噬体与溶酶体融合诱导GBM细胞铁死亡。S670可作为治疗GBM的候选药物。

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
S670是否通过诱导铁死亡抑制胶质母细胞瘤生长,其机制是什么?
核心机制
S670通过产生ROS诱导铁死亡,同时激活Nrf2介导的自噬体生物发生和TFEB介导的溶酶体生物发生,但通过抑制STX17表达阻断自噬体-溶酶体融合,导致自噬流受阻,ROS进一步积累,增强铁死亡。
主要证据
体外实验显示S670剂量依赖性抑制GBM细胞增殖,诱导ROS产生、脂质过氧化、线粒体萎缩等铁死亡特征,且Fer-1可逆转细胞死亡;机制实验显示NAC抑制ROS消除细胞死亡,ML385抑制Nrf2激活,敲低TFEB减少LAMP2表达,敲低STX17阻断自噬流;体内实验显示S670抑制U87异种移植瘤生长。
研究意义
S670可能作为治疗GBM的候选药物,其阻断保护性自噬的作用可能克服TMZ耐药。

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

体外抗增殖活性筛选

评估S670对GBM细胞增殖、迁移、侵袭和集落形成的影响

使用CCK-8、EdU、Transwell、软琼脂集落形成实验检测S670处理后的细胞增殖、DNA合成、迁移、侵袭和集落形成能力,并通过Western blot检测E-cadherin和N-cadherin表达,流式细胞术检测细胞周期。

2

ROS和铁死亡验证

验证S670是否诱导ROS产生和铁死亡

使用DCFH-DA检测ROS,mtSOX Deep Red检测线粒体ROS,C11 BODIPY 581/591检测脂质ROS;使用Fer-1和NAC验证细胞死亡机制;检测Fe2+水平、GPX4和COX2表达;TEM观察线粒体形态。

3

自噬流和自噬体生物发生分析

评估S670对自噬流的影响并探索其机制

Western blot检测LC3B和p62表达,免疫荧光观察GFP-LC3斑点,TEM观察自噬体,使用Rapa和CQ处理,敲低Beclin-1,检测Nrf2通路相关蛋白表达。

4

溶酶体生物发生和TFEB核转位分析

验证S670是否诱导溶酶体生物发生及其机制

检测LAMP1和LAMP2表达,LysoRed Tracker染色检测溶酶体质量,中性红染色检测溶酶体pH,免疫荧光和Western blot检测TFEB核转位,敲低TFEB验证其作用。

5

自噬体-溶酶体融合和STX17表达分析

探究S670对自噬体-溶酶体融合的影响及STX17的作用

使用mRFP-GFP-LC3腺病毒感染细胞观察自噬流,免疫荧光和Co-IP检测LC3与LAMP2的共定位和相互作用,Western blot和RT-qPCR检测STX17、SNAP29、VAMP8表达。

6

体内抗肿瘤效果和安全评估

在U87异种移植模型中评估S670的体内抗肿瘤效果和安全性

将U87细胞皮下植入裸鼠,随机分组后给予S670(25和50 mg/kg)或TMZ(10 mg/kg)每日灌胃,记录肿瘤体积和体重,计算肿瘤重量,通过IHC检测Ki67、LC3、LAMP2表达,H&E染色评估器官毒性。

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
达尔伯克改良伊格尔培养基Gibco--
胎牛血清Procell164210-50
CCK-8试剂盒BeyotimeC0039
EdU试剂盒RiboBioC10310
Transwell小室Corning Costar3342
基质胶Corning Costar354234
结晶紫SolarbioG1062
碘化丙啶溶液SolarbioC0080
Annexin V和PI凋亡检测试剂盒VazymeA211-02
BD FACSVerse流式细胞仪BD--
RIPA裂解液Gene-Protein LinkC1053-100
SDS-PAGE上样缓冲液CWBIOCW0027
PVDF膜MilliporeIPVH00010
脱脂奶粉ApplygenP1622
SuperECL化学发光液ApplygenP1050
总RNA提取试剂盒Gene-Protein LinkG01E01S
SuperRT cDNA合成试剂盒CWBIOCW0741M
MagicSYBR混合物CWBIOCW3008M
无RNase水SolarbioR1600
CFX热循环仪Bio-Rad--
细胞亚铁离子比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K881-M
DCFH-DA荧光探针Sigma-Aldrich35845
BODIPY 581/591 C11荧光探针MedChemExpressHY-D1301
DAPI染色液SolarbioC0065
Leica TCS SP8X激光共聚焦显微镜Leica--
LysoRed溶酶体红色荧光探针BeyotimeC1046
中性红染色液BeyotimeC0123
串联mRFP-GFP-LC3腺病毒HANBIO--
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL3000015
IP裂解液ApplygenC1054
Protein A+G磁珠BeyotimeP2108
透射电子显微镜HITACHI--
BALB/c裸鼠Charles River--
GraphPad Prism 8.0软件GraphPad Software 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
细胞培养与增殖
细胞系U87和U251;DMEM培养基含10% FBS;CCK-8细胞接种密度3×10^3每孔;S670浓度梯度0-16 μM;处理时间24, 48, 72小时
阅读提示:Materials and methods - Cell culture and proliferation assay
ROS和铁死亡检测
S670浓度6 μM;处理时间24小时;DCFH-DA探针;C11 BODIPY 581/591探针;脂质ROS检测;Fe2+检测;线粒体形态观察
阅读提示:Materials and methods - Detection of cell ferrous iron, ROS and lipid ROS; Results - S670 stimulated ROS generation and induced ferroptosis
自噬流分析
mRFP-GFP-LC3腺病毒感染MOI=1;S670浓度6 μM;处理时间24小时;观察自噬体和自溶酶体数量
阅读提示:Materials and methods - Autophagic flux analysis
Western blot蛋白表达检测
S670浓度梯度0, 4, 8, 12 μM;处理时间24小时或时间梯度0,1,3,6,12,24小时;抗体信息见补充表S2
阅读提示:Materials and methods - Western blotting; Figure legends Fig 3a, b, Fig 4a, b, Fig 5d
体内异种移植模型
U87细胞1×10^6皮下植入BALB/c裸鼠;分组(n=6):DMSO,S670 25 mg/kg,S670 50 mg/kg,TMZ 10 mg/kg;每日灌胃;治疗12天或肿瘤体积达1000 mm³
阅读提示:Materials and methods - Xenograft model of nude mice; Figure legend Fig 6a