肿瘤来源的外泌体miR-148b-3p通过TSC2/mTORC1介导M2巨噬细胞极化促进乳腺癌的迁移和侵袭

Tumor-derived exosomal miR-148b-3p mediates M2 macrophage polarization via TSC2/mTORC1 to promote breast cancer migration and invasion.

作者信息Chong Hao, Zhimei Sheng, Wenhao Wang, Ruijun Feng, Yuanhang Zheng, Qinpei Xiao, Baogang Zhang
PMID37144254
发布时间2023-06
DOI10.1111/1759-7714.14891

实验完整度

包含细胞共培养、外泌体分离鉴定、体外功能实验(增殖、迁移、侵袭)和机制验证(荧光素酶报告、Western blot),但缺少体内动物模型和临床样本验证。

主要模型

MDA-MB-231乳腺癌细胞系 MCF-10A正常乳腺上皮细胞系 THP-1人单核细胞系诱导的巨噬细胞 间接共培养系统(MDA-MB-231与THP-1来源巨噬细胞)

重点核对

外泌体分离和鉴定(透射电镜、Nanosight、CD9/CD81/TSG101) miR-148b-3p过表达/敲低对M2/M1标志物表达的影响(qRT-PCR、ELISA) TSC2作为miR-148b-3p靶基因的验证(荧光素酶报告实验、Western blot) TSC2/mTORC1通路激活的检测(p-S6、S6、CD206) 细胞功能实验(EdU、伤口愈合、Transwell)

摘要

背景:新兴证据表明,肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)和外泌体在肿瘤生长的微环境中起着至关重要的作用。然而,外泌体miRNA调节TAMs和乳腺癌肿瘤发展的机制尚未完全明了。方法:我们构建了巨噬细胞模型和包含乳腺癌细胞和巨噬细胞的间接共培养系统。从乳腺癌细胞培养上清中分离外泌体,并通过透射电子显微镜、Western blot和Nanosight LM10系统进行鉴定。通过qRT-PCR检测外泌体中miR-148b-3p的表达,并使用qRT-PCR和ELISA检测外泌体miR-148b-3p对巨噬细胞极化的影响。通过EdU、伤口愈合实验和Transwell实验评估乳腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。我们采用生物信息学、荧光素酶报告基因实验和Western blot来鉴定miR-148b-3p的靶基因。使用Western blot阐明外泌体miR-148b-3p介导乳腺癌细胞与M2巨噬细胞之间串扰的机制。结果:癌症来源的外泌体可诱导巨噬细胞M2极化,从而促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭。我们发现外泌体miR-148b-3p在乳腺癌细胞来源的外泌体中过表达,并与淋巴结转移、晚期肿瘤分期和较差的预后相关。外泌体中miR-148b-3p表达上调通过靶向TSC2调节巨噬细胞极化,从而促进乳腺癌细胞增殖并可能影响其迁移和侵袭。有趣的是,我们发现外泌体miR-148b-3p可通过TSC2/mTORC1信号通路诱导乳腺癌中M2巨噬细胞极化。结论:总的来说,我们的研究阐明miR-148b-3p可由乳腺癌细胞通过外泌体转运至周围巨噬细胞,并通过靶向TSC2诱导M2极化,为乳腺癌治疗提供了新的见解。

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
乳腺癌细胞来源的外泌体miR-148b-3p如何通过调节巨噬细胞极化影响乳腺癌细胞的迁移和侵袭?
核心机制
外泌体miR-148b-3p通过靶向TSC2并激活mTORC1信号通路,诱导M2巨噬细胞极化,进而促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭。
主要证据
体外实验证明:MDA-MB-231外泌体可诱导THP-1来源巨噬细胞M2极化;miR-148b-3p过表达或TSC2敲低可增强M2标志物表达,并促进乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭;荧光素酶报告实验证实TSC2是miR-148b-3p的直接靶基因。
研究意义
为乳腺癌治疗提供了新的见解,miR-148b-3p可能作为乳腺癌的诊断标志物和治疗靶点。

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

外泌体分离与鉴定

从乳腺癌细胞培养上清中提取外泌体并验证其特性

利用外泌体分离纯化试剂盒从MDA-MB-231细胞培养上清中提取外泌体,通过透射电镜观察形态,Nanosight系统检测粒径和浓度,Western blot检测外泌体标志物CD9、CD81和TSG101。

2

外泌体摄取实验

验证乳腺癌细胞来源的外泌体能否被巨噬细胞摄取

用DiL标记外泌体,与THP-1来源的巨噬细胞共培养,通过荧光显微镜观察外泌体的摄取。

3

M2巨噬细胞极化检测

评估乳腺癌细胞来源的外泌体对巨噬细胞极化的影响

将巨噬细胞与MDA-MB-231来源的外泌体共培养,通过qRT-PCR检测M2标志物(CD163、CD206、IL-10、arginase-1)和M1标志物(IL-1β、iNOS)的表达,并通过ELISA检测IL-10和TNF-α的分泌水平。

4

miR-148b-3p的筛选与验证

筛选乳腺癌细胞来源外泌体中差异表达的miRNA,并验证miR-148b-3p的高表达

基于GEO数据集(GSE50429)进行差异miRNA分析,经TargetScan预测和Venn图分析,得到候选miRNA;通过qRT-PCR验证miR-148b-3p在MDA-MB-231外泌体中的高表达,并分析其与临床特征的相关性及对预后的影响。

5

miR-148b-3p在巨噬细胞中的功能验证

验证miR-148b-3p对巨噬细胞极化和乳腺癌细胞功能的影响

将miR-148b-3p mimics或inhibitors转染至巨噬细胞,检测M2/M1标志物表达和细胞因子分泌;随后将处理后的巨噬细胞与MDA-MB-231细胞共培养,评估乳腺癌细胞的增殖(EdU)、迁移(伤口愈合)和侵袭(Transwell)能力。

6

靶基因鉴定与机制研究

验证miR-148b-3p直接靶向TSC2并通过mTORC1通路调节巨噬细胞极化

通过TargetScan预测靶基因,荧光素酶报告实验验证miR-148b-3p与TSC2 3'UTR的结合;Western blot检测TSC2蛋白表达及mTORC1下游信号p-S6的水平;通过siRNA敲低TSC2验证其对巨噬细胞极化和乳腺癌细胞功能的影响。

7

体外功能验证

评估TSC2敲低对乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭的影响

将si-TSC2转染至巨噬细胞,通过EdU、Transwell实验评估与MDA-MB-231共培养后乳腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力。

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
RPMI-1640培养基----
MCF-10A专用培养基Procell--
佛波酯Sigma-Aldrich--
外泌体分离纯化试剂盒UmibioUR52121
Nanosight LM10系统Navato--
Vybrant DiL细胞标记溶液Molecular ProbesV-22885
RIPA裂解液----
BCA蛋白浓度测定试剂盒Beyotime BiotechnologyP0012S
PVDF膜----
抗CD9抗体Santa Cruzsc-13118
抗CD81抗体Santa Cruzsc-166029
抗CD206抗体Santa Cruzsc-376108
抗TSC2抗体Cell Signaling Technology4308
抗p-S6 (Ser235/236)抗体Cell Signaling Technology4858
抗S6抗体Cell Signaling Technology2217
抗TSG101抗体Abcamab125011
抗ACO1抗体Abcamab183721
抗β-actin抗体SigmaA5441
抗Histone H3抗体Cell Signaling Technology4499
抗Alix抗体Santa Cruzsc-53540
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology5174
抗小鼠IgG HRP标记抗体Cell Signaling Technology7076
抗兔IgG HRP标记抗体Cell Signaling Technology7074
Magna RIP试剂盒Millipore--
双荧光素酶报告基因检测系统Promega--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
TSC2过表达质粒Addgene14129
Trizol试剂Invitrogen--
反转录qPCR试剂盒Toyobo--
miRNA cDNA合成试剂Cwbio--
SYBR Green实时荧光定量PCR预混液Toyobo--
miRNA qPCR检测试剂盒Cwbio--
EdU细胞增殖检测试剂盒RiboBioC10310
基质胶Corning--
Boyden小室Corning--

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
细胞培养与外泌体分离
外泌体分离步骤、超速离心参数、外泌体鉴定方法
阅读提示:参照Methods中的Exosome isolation and identification部分
巨噬细胞极化诱导
THP-1细胞分化条件(PMA浓度、处理时间)、外泌体处理浓度和时间
阅读提示:参照Methods中的Cell culture和Cell coculture部分
miR-148b-3p过表达/敲低
转染试剂和浓度(Lipofectamine 2000,100 nM mimics或inhibitors)、转染时间
阅读提示:参照Methods中的Cell transfection部分
靶基因验证
TSC2 3'UTR序列、荧光素酶报告实验操作及细胞系(293T)
阅读提示:参照Methods中的Luciferase reporter assay部分
功能实验
共培养体系设置、细胞数量、处理时间、检测指标
阅读提示:参照Methods中的Cell coculture、Cell viability、Cell proliferation, migration and invasion部分