L1CAM通过miR-143-3p诱导的己糖激酶2表达促进胶质瘤血管生成拟态的形成

L1CAM promotes vasculogenic mimicry formation by miR-143-3p-induced expression of hexokinase 2 in glioma.

作者信息Yishan Huang, Chenchen Zhu, Pei Liu, Fan Ouyang, Juanjuan Luo, Chunjiao Lu, Bo Tang, Xiaojun Yang
PMID36708044
期刊Mol Oncol
发布时间2023-04
DOI10.1002/1878-0261.13384

实验完整度

包含体外细胞功能实验(管形成、侵袭)、体内异种移植模型、临床组织芯片分析、RNA-seq/miRNA-seq及机制验证(荧光素酶报告基因、Western blot),多层次验证L1CAM/HK2/MMPs/VEGFA通路。

主要模型

U87人胶质瘤细胞系 T98人胶质瘤细胞系 原代胶质瘤细胞系GBM1 BALB/c-nu小鼠异种移植模型

重点核对

L1过表达和敲低的稳定转染(慢病毒载体,嘌呤霉素筛选) miR-143-3p mimic和inhibitor的转染 HK2 siRNA敲低 AKT抑制剂MK-2206处理 抗L1中和抗体和贝伐珠单抗联合治疗

摘要

近几十年来,抗血管生成治疗通过阻断肿瘤细胞的氧气和营养供应,已成为治疗肿瘤患者的一种有前景的临床策略。然而,最近的研究表明,血管生成拟态(VM)是由高侵袭性肿瘤细胞形成血管形态结构的过程,被认为是肿瘤患者抗血管生成治疗失败的潜在因素。因此,抑制VM的形成可能是改善抗血管生成策略效果的潜在靶点。然而,VM形成的机制仍未完全阐明。在此,我们报道L1CAM可能是胶质瘤VM形成的关键调节因子,并可能与胶质瘤对抗血管生成治疗的耐药性有关。我们发现,L1CAM过表达细胞的肿瘤侵袭和管形成能力在体外和体内均显著增强。此外,结果表明,miR-143-3p可能直接靶向己糖激酶2(HK2)基因的3'UTR以调节其蛋白表达,随后参与L1CAM介导的胶质瘤细胞VM形成。进一步研究发现,MMP2、MMP9和VEGFA表达的调控参与了这一过程。此外,我们确定L1CAM/HK2级联的下游PI3K/AKT信号通路的激活对胶质瘤细胞的VM形成至关重要。此外,我们发现抗L1CAM中和单克隆抗体与贝伐珠单抗联合治疗的效果优于单独使用贝伐珠单抗,并在体内抑制胶质瘤生长,表明抑制L1CAM介导的VM形成可能有效改善胶质瘤患者抗血管生成治疗的效果。总之,我们的研究结果表明L1CAM在调节胶质瘤VM形成中起关键作用,L1CAM可能是改善胶质瘤患者肿瘤抗血管生成治疗耐药性的潜在靶点。

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
L1CAM是否及如何调控胶质瘤血管生成拟态形成,并影响抗血管生成治疗耐药性?
核心机制
L1CAM通过下调miR-143-3p解除对HK2的抑制,激活PI3K/AKT信号通路,上调MMP2、MMP9和VEGFA表达,促进血管生成拟态形成和肿瘤侵袭。
主要证据
体外管形成和侵袭实验显示L1过表达增强、敲低抑制VM形成;miRNA-seq和qPCR鉴定miR-143-3p为关键下游;荧光素酶报告实验证实miR-143-3p靶向HK2 3'UTR;体内异种移植模型和抗L1联合贝伐珠单抗治疗证实疗效增强。
研究意义
L1CAM/HK2级联可作为减少血管生成拟态形成、提高胶质瘤患者抗血管生成治疗获益的潜在临床靶点。

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

临床相关性分析

评估L1在胶质瘤中的表达水平及其与恶性程度和预后的关系

利用组织芯片(n=180)进行免疫组化染色,分析L1表达与肿瘤分级及生存期的相关性。

2

体外功能验证

验证L1对胶质瘤细胞侵袭和血管生成拟态形成的影响

在U87、T98和GBM1细胞中建立L1过表达和敲低稳定株,进行Transwell侵袭实验、划痕实验和管形成实验,并检测VM相关标志物表达。

3

体内异种移植实验

验证L1在体内对胶质瘤生长和血管生成拟态的影响

将L1-OE和对照U87细胞注射至裸鼠颅内或皮下,监测肿瘤生长和生存期,并通过免疫组化检测VM标志物。

4

下游机制探索

鉴定L1介导VM形成过程中涉及的关键miRNA及其靶基因

对L1过表达和对照组U87细胞进行miRNA-seq,筛选差异miRNA,并用qPCR验证;利用生物信息学预测靶基因,并用qPCR和荧光素酶报告实验验证miR-143-3p靶向HK2。

5

功能回复实验

验证miR-143-3p和HK2在L1介导的VM形成中的功能作用

在L1过表达细胞中分别转染miR-143-3p mimic或siHK2,检测管形成、侵袭能力和MMP2/MMP9/VEGFA表达。

6

信号通路验证

验证PI3K/AKT信号通路在L1介导的VM形成中的作用

通过Western blot检测L1过表达和敲低后PI3K、p-AKT、AKT水平,并使用AKT抑制剂MK-2206处理细胞,观察对VM形成和侵袭的影响。

7

联合治疗评估

评估L1阻断联合抗血管生成药物在体内外的疗效

在体外管形成实验中用抗L1抗体和/或贝伐珠单抗处理细胞;在皮下和颅内异种移植模型中给予抗L1抗体和/或贝伐珠单抗治疗,监测肿瘤生长。

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
杜尔贝科改良伊格尔培养基Gibco11965-092
胎牛血清Gibco10100147C
青霉素-链霉素Gibco15140-122
L-谷氨酰胺Gibco25030081
基质胶BD Biosciences356231
MK-2206MedChemExpressHY-108232
贝伐珠单抗SelleckA2006
抗L1中和单克隆抗体InVivo BioTech ServicesUJ127.11
Transintro EL转染试剂TransGen BiotechFT201-01
TRIzol试剂Invitrogen15596026
Mir-X miRNA第一链合成试剂盒TaKaRa Bio638313
SYBR Green PCR预混液GenStar4309155
RIPA裂解液SolarbioR0010
蛋白酶抑制剂片Solarbio539133
PVDF膜Millipore--
ECL蛋白质印迹试剂盒Pierce32106
AEC显色试剂盒Zhongshan Goldbridge Biotechnology--
DAPI----
DMEM/F12培养基Gibco11320-033
碱性成纤维细胞生长因子MedChemExpressHY-P7179
表皮生长因子MedChemExpressHY-P7109
B27添加剂Gibco17504-044
双荧光素酶报告基因检测系统BeyotimeRG027
STR分型试剂盒PromegaDG4640

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
细胞培养与处理
细胞系来源(U87、T98来自CCTCC;GBM1来自Procell);培养基DMEM含10% FBS、双抗;AKT抑制处理MK-2206浓度10μM、时间24小时。
阅读提示:Methods 2.1 Cell culture and treatments
基因操作
L1过表达和敲低慢病毒载体(VectorBuilder);嘌呤霉素筛选浓度3μg/mL,时间7天;miR-143-3p mimic/inhibitor及siHK2转染试剂(Transintro EL)。转染序列需查Table S1。
阅读提示:Methods 2.2 Overexpression and knockdown; Table S1
体外功能实验
管形成实验:Matrigel包被96孔板,细胞接种数未明;侵袭实验:5×10^4细胞,16小时;划痕实验:24小时观察。
阅读提示:Methods 2.9 Wound healing and transwell assays; 2.10 Tube formation angiogenesis assay
动物实验
裸鼠品系BALB/c-nu;颅内注射5×10^5细胞,皮下注射3×10^6细胞;给药方案:每周三次腹腔注射,贝伐珠单抗100μg/只,抗L1抗体300μg/只;监测时间点。
阅读提示:Methods 2.4 Xenografts in BALB/c-nu mice and drug treatment
机制验证
荧光素酶报告实验:HK2-wt/mut载体构建,共转染miR-143-3p inhibitor;RNA-seq/miRNA-seq数据和差异分析标准(|log2FC|≥2, P<0.05)。
阅读提示:Methods 2.11 Global transcriptome sequencing and miRNA-seq; 2.13 Luciferase assay