一种肿瘤分泌蛋白通过利用胰高血糖素释放导致宿主消耗

A tumor-secreted protein utilizes glucagon release to cause host wasting.

作者信息Guangming Ding, Yingge Li, Chen Cheng, Kai Tan, Yifei Deng, Huiwen Pang, Zhongyuan Wang, Peixuan Dang, Xing Wu, Elisabeth Rushworth, Yufeng Yuan, Zhiyong Yang, Wei Song
PMID39924534
发布时间2025-02-10
DOI10.1038/s41421-024-00762-0

实验完整度

高

包含体外模型(αTC1细胞)、果蝇肿瘤模型、小鼠肿瘤模型及患者样本,并进行功能验证(基因敲除/敲低、药物抑制)和机制验证(信号通路、神经支配)。

主要模型

yki3SA肠道肿瘤果蝇模型 ApcMin/+小鼠结肠癌模型 LLC肿瘤小鼠模型 αTC1细胞系 胰腺癌患者样本

重点核对

果蝇yki3SA肠道肿瘤诱导条件:esg-GAL4, tub-GAL80TS, UAS-GFP与esg-LexA, tub-GAL80TS, LexAop-GFP在29°C诱导,4日龄处女蝇放置于29°C(day 0) Pvr在APC中的敲低或显性负性表达(UAS-Pvr-RNAi或UAS-PvrDN)对分泌Akh的影响 肿瘤来源Pvf1敲低(UAS-Pvf1-RNAi)对宿主消耗的缓解效果 小鼠模型中GCGR抑制剂GRA Ex-25的给药剂量和方案(10 mg/Kg/day,腹腔注射) PDGFR/VEGFR抑制剂(阿昔替尼30 mg/Kg/day,瑞戈非尼20 mg/Kg/day)的给药方案

摘要

肿瘤与宿主之间的相互作用在恶性肿瘤诱导的多物种器官消耗中起着关键作用。尽管已知肿瘤对单个外周器官的局部消耗有调控作用,但肿瘤是否以及如何利用宿主关键分解代谢激素来同时诱导全身性宿主消耗,在很大程度上尚不清楚。利用果蝇中保守的yki3SA肿瘤模型,我们发现肿瘤增加脂肪动员激素(Akh)——一种类似胰高血糖素的分解代谢激素——的产生,导致全身性宿主消耗,包括肌肉功能障碍、脂质丢失、高血糖和卵巢萎缩。接下来,我们整合RNAi筛选和Gal4-LexA双表达系统,表明yki3SA肠道肿瘤分泌Pvf1,远程激活其受体Pvr在Akh产生细胞(APCs)中,最终促进Akh产生。潜在的分子机制涉及Pvf1-Pvr轴触发Mmp2依赖的APCs细胞外基质重塑,并增强兴奋性胆碱能神经元的神经支配。有趣的是,我们还证实了类似的机制在哺乳动物中调控肿瘤诱导的胰高血糖素释放和器官消耗。阻断胰高血糖素或PDGFR(Pvr的同源物)的作用在恶性肿瘤存在时有效改善了器官消耗。因此,我们的结果表明,肿瘤通过Pvf1-Pvr轴远程促进神经相关的Akh/胰高血糖素产生,导致全身性宿主消耗。

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
肿瘤是否以及如何利用宿主关键分解代谢激素(如胰高血糖素)来同时诱导全身性宿主消耗?
核心机制
肿瘤分泌Pvf1激活Akh产生细胞上的Pvr受体,通过ERK/Mmp2信号导致ECM重塑和胆碱能神经元支配增强,促进Akh/胰高血糖素释放,进而引起全身性能量消耗。
主要证据
果蝇yki3SA肿瘤模型中Akh缺陷或Pvr/Pvf1敲低改善消耗;小鼠ApcMin/+和LLC模型中抑制胰高血糖素信号或PDGFR/VEGFR信号缓解消耗,且患者样本显示高胰高血糖素血症。
研究意义
揭示了肿瘤通过远程调控神经相关的胰高血糖素释放导致宿主消耗的新机制,为癌症恶病质的治疗提供了潜在靶点。

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

验证Akh在肿瘤诱导的消耗中的作用

确定Akh是否为yki3SA肿瘤诱导的宿主消耗所必需

在yki3SA肿瘤果蝇中检测Akh产生(APC质量、细胞内和循环Akh水平、mRNA水平),并利用Akh缺失突变体评估对消耗表型的影响。

2

鉴定APC中调控Akh释放的受体

筛选APC中调控Akh释放的跨膜受体

对APC中的跨膜蛋白进行体内RNAi筛选,测量血糖水平变化,发现Pvr为关键受体。

3

验证Pvr在APC中促进Akh释放

确认Pvr信号在APC中是否促进Akh产生和能量分解

在成体果蝇APC中过表达组成型活性Pvr(PvrAC)或显性负性Pvr(PvrDN),检测Akh产生、代谢变化和饥饿存活率。

4

验证肿瘤来源Pvf1激活APC中Pvr

确定肿瘤分泌的Pvf1是否通过APC中的Pvr促进Akh释放并导致消耗

在yki3SA肿瘤果蝇中通过APC特异敲低Pvr或表达PvrDN,以及肿瘤特异敲低Pvf1,评估对Akh产生和消耗表型的影响。

5

探究Pvr下游信号通路(ERK/Mmp2)

阐明Pvr调控Akh释放的分子机制

在APC中过表达PvrAC并敲低ERK或Mmp2,检测Akh释放和代谢表型;在肿瘤果蝇中敲低ERK或Mmp2验证其作用。

6

验证ECM重塑和神经支配变化

研究Mmp2介导的ECM重塑是否影响APC的神经支配

利用Vkg-GFP标记ECM、Denmark标记树突、Syt-GFP标记突触,观察APC周围ECM变化及神经接触数量。

7

鉴定上游兴奋性神经元类型

确定哪些神经元支配APC并促进Akh释放

筛选多种神经递质神经元(胆碱能、多巴胺能等)与APC的接触,并验证胆碱能激活的作用。

8

验证胆碱能神经支配在肿瘤诱导的Akh释放中的作用

确认yki3SA肿瘤是否通过增强胆碱能神经支配促进Akh释放和消耗

在肿瘤果蝇中破坏胆碱能神经传递(shiTS),检测Akh产生和消耗表型。

9

验证哺乳动物中胰高血糖素的作用

确定胰高血糖素是否为肿瘤诱导的宿主消耗所必需

检测肿瘤患者、ApcMin/+小鼠、LLC小鼠的血清胰高血糖素和α细胞形态;使用GCGR抑制剂或Gcg缺失小鼠评估对消耗的影响。

10

验证PDGFR/VEGFR信号在哺乳动物中的作用

验证肿瘤是否通过PDGFR/VEGFR信号促进胆碱能-α细胞接触和胰高血糖素释放

在ApcMin/+小鼠中用抑制剂阻断PDGFR/VEGFR,检测α细胞ECM、神经接触、胰高血糖素水平和消耗表型。

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
Bradford试剂SigmaB6916-500ML
海藻糖酶MegazymeE-TREH
葡萄糖测定试剂MegazymeK-GLUC
血清甘油三酯测定试剂盒SigmaTR0100
抗Akh抗体AbclonalA22867
DMEM培养基ProCellPM150211
血小板衍生生长因子-BBCusabioAP002631HU
Trizol试剂Thermo Fisher15596018
HiScript II Q RT SupermixVazymeR222-01
ChamQ SYBR qPCR预混液VazymeQ311-03
CFX96实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
小鼠胰高血糖素ELISA试剂盒R&D SystemsDGCG0
人胰高血糖素ELISA试剂盒Sangon BiotechD711361
DAPIThermo FisherD1306
抗胰高血糖素抗体ServicebioGB12097
抗PGP9.5抗体ServicebioGB11159-1
抗Versican抗体SigmaAB1033
生物素化的透明质酸结合蛋白Sigma385911
HRP标记的链霉亲和素BeyotimeA0303
阿昔替尼TargetmolT1452
瑞戈非尼TargetmolT1792
GRA Ex-25TargetmolT3422
LGD-6972TargetmolT25711
握力计HANDPIHP-10

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
果蝇肿瘤诱导
肿瘤诱导的果蝇品系、温度转换时间、肿瘤诱导天数(day 0/6/8)、食物条件
阅读提示:Methods: Fly strains; Results: Fig. 1 legend
APC中Pvr/Pvf1操作
使用的GAL4/LexA系统、UAS转基因(PvrDN, PvrAC, Pvr-RNAi等)、诱导时间、温度
阅读提示:Methods: Fly strains; Results: Fig. 2, Fig. 3
Akh/Gcg缺失或干预
Akh突变体(AkhSAP/AkhA)、Gcg敲除小鼠、GCGR抑制剂剂量和给药途径(IP)、给药时间
阅读提示:Methods: Mice strains; Results: Fig. 1, Fig. 6
代谢检测
TAG/TRE测定方法、样品制备(5只雌蝇,0.5 mL PBS等)、试剂盒和使用条件
阅读提示:Methods: Lipid and carbohydrate measurements
血清胰高血糖素检测
采血方法、ELISA试剂盒(mouse/human)、稀释倍数、离心条件
阅读提示:Methods: Measurements of serum glucagon; Results: Fig. 6a
免疫染色
组织固定(4% PFA)、一抗稀释比(anti-Akh 1:10000, anti-Gcg 1:500等)、二抗、共聚焦成像
阅读提示:Methods: Immunostaining and electron microscopy
PDGFR/VEGFR抑制
抑制剂名称(Axitinib, Regorafenib)、剂量(30 mg/Kg/day, 20 mg/Kg/day)、给药方式(IP)、起始时间(week 16)和持续时间(2周)
阅读提示:Methods: Mice strains; Results: Fig. 7