循环线粒体DNA促进肿瘤相关巨噬细胞M2极化及肝细胞癌对索拉非尼的耐药性

Circulating mitochondrial DNA promotes M2 polarization of tumor associated macrophages and HCC resistance to sorafenib.

作者信息Qi Yang, Mengmeng Cui, Jiaxin Wang, Yuan Zhao, Weitao Yin, Ziqian Liao, Yixuan Liang, Zhixiong Jiang, Yujia Li, Jinrong Guo, Lixia Qi, Jiaxing Chen, Jing Zhao, Dengke Bao, Zhi-Xiang Xu
PMID40038250
发布时间2025-03-04
DOI10.1038/s41419-025-07473-8

实验完整度

包含体外细胞共培养、条件培养基、原代巨噬细胞分化、动物模型(原位、异种移植、DEN诱导)、多种抑制剂和基因敲除,以及功能验证和机制验证。

主要模型

THP-1来源巨噬细胞 RAW264.7巨噬细胞 SNU739和Hepa1-6 HCC细胞系 C57BL/6J小鼠原位肝癌模型、BALB/c裸鼠异种移植模型、DEN诱导肝癌模型

重点核对

M2-TAM浸润与索拉非尼耐药的相关性(TCGA、GEO、GSE109211数据集) 索拉非尼诱导的mtDNA释放(血浆、细胞上清qPCR/ddPCR) mtDNA通过TLR9诱导M2极化(RNA-seq、Western blot、免疫荧光共定位) 阻断TLR9(基因敲除或E6446)增强索拉非尼疗效(DEN模型) DNase I或氯膦酸盐脂质体减少M2浸润并抑制肿瘤生长(原位模型)

摘要

线粒体损伤相关分子模式(DAMPs),包括线粒体DNA(mtDNA)、TFAM(线粒体转录因子A)和ATP,在人类疾病炎症环境的调节中起着关键作用。然而,线粒体DAMPs在调节肿瘤微环境(TME)中的作用仍不清楚。在此,我们证明M2型肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的浸润与肝细胞癌(HCC)对索拉非尼的耐药性相关。我们发现,在耐索拉非尼的HCC小鼠中,血浆中的游离mtDNA显著增加。索拉非尼诱导线粒体功能障碍,并促进mtDNA释放到HCC的细胞外基质中。巨噬细胞重新摄取TME中的mtDNA,激活TLR9信号,促进NF-κB的活化和TAMs向M2极化。应用DNase I消化mtDNA或用氯膦酸盐脂质体清除巨噬细胞可减少M2巨噬细胞浸润,降低HCC的生长,并使肿瘤对索拉非尼敏感。此外,我们表明阻断TLR9的激活增强了索拉非尼在HCC中的治疗效果。总之,我们证明索拉非尼治疗导致HCC中mtDNA释放到TME中,进而通过TLR9激活促进TAMs向M2巨噬细胞极化,并加重HCC对索拉非尼的耐药性。我们的研究揭示了循环mtDAMPs通过重编程TAMs重塑HCC微环境的新机制,并为提高索拉非尼的治疗效果和克服其耐药性提供了新策略。

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
循环线粒体DNA是否通过调控肿瘤相关巨噬细胞极化参与肝细胞癌对索拉非尼的耐药性及其机制。
核心机制
索拉非尼诱导HCC细胞线粒体功能障碍和凋亡,释放mtDNA至细胞外;巨噬细胞摄取mtDNA后激活TLR9信号,促进NF-κB活化及M2极化,从而加重索拉非尼耐药。
主要证据
体外实验显示mtDNA或索拉非尼处理的条件培养基诱导巨噬细胞M2极化,DNase I消化逆转;动物模型(原位、异种移植)中mtDNA促进肿瘤生长和M2浸润,DNase I或巨噬细胞清除抑制;TLR9缺失或抑制剂增强索拉非尼疗效。
研究意义
揭示循环mtDAMPs通过重编程TAMs重塑HCC微环境的新机制,为克服索拉非尼耐药提供潜在治疗策略(靶向mtDNA-TLR9通路)。

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

评估M2-TAM浸润与索拉非尼耐药的相关性

验证M2-TAM浸润是否与HCC对索拉非尼的耐药性相关。

利用TCGA和GEO数据集进行CIBERSORT分析;建立原位肝癌小鼠模型,通过索拉非尼治疗区分敏感和耐药;检测M2标志物表达;体外用M2-CM处理HCC细胞评估药物敏感性。

2

检测索拉非尼处理后HCC细胞释放mtDNA

确定索拉非尼是否促进HCC细胞释放mtDNA及其机制。

使用ddPCR/qPCR检测小鼠血浆和细胞上清中的mtDNA;检测细胞凋亡、ROS、ATP和线粒体膜电位;使用凋亡、坏死性凋亡、铁死亡抑制剂处理。

3

体外验证mtDNA对巨噬细胞M2极化的作用

探索mtDNA是否直接诱导巨噬细胞M2极化。

用从HCC细胞提取的mtDNA或经DNase I处理的CM孵育巨噬细胞,检测M2标志物、细胞因子和迁移能力。

4

体内验证mtDNA和巨噬细胞对HCC生长的影响

验证mtDNA通过巨噬细胞极化促进HCC生长。

原位肝癌模型给予mtDNA、DNase I或氯膦酸盐脂质体,检测肿瘤生长、M2浸润。

5

阐明mtDNA诱导M2极化的机制(TLR9通路)

确定mtDNA通过何种信号通路诱导M2极化。

RNA测序分析mtDNA处理的巨噬细胞;检测TLR9通路蛋白;使用TLR9抑制剂或shRNA验证。

6

评估阻断TLR9通路对索拉非尼疗效的影响

验证TLR9抑制剂或基因敲除能否增强索拉非尼的抗肿瘤效果。

DEN诱导肝癌模型使用WT和TLR9-/-小鼠,给予索拉非尼和/或E6446,评估肿瘤负担和M2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
RPMI-1640培养基Corning10-040-CVR
DMEM培养基Corning10-013-CVR
胎牛血清Biological Industries04-001-1ACS
佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯Sigma79346
白细胞介素-13MedChemExpressHY-P70568
白细胞介素-4MedChemExpressHY-P70445
基质胶Corning354234
索拉非尼SolarbioS5080
IVIS Lumina LT Series III活体成像系统PerkinElmer--
二乙基亚硝胺SigmaN0756
E6446TargetMolT4206
TRIzol LS试剂Invitrogen15596018
EvoM-MLV逆转录预混液Accurate BiologyAG11706
SYBR Green PCR预混液Accurate Biology--
RIPA裂解液SolarBioR0010
磷酸酶抑制剂混合物IIRoche04906837001
蛋白酶抑制剂混合物Roche04693132001
增强型BCA蛋白定量试剂盒SolarbioPC0020
PVDF膜Millipore--
ECL Plus化学发光检测系统SolarbioPE0010
FluorChem Multifluor成像系统ProteinSimple--
即时免疫组织化学试剂盒Sangon BiotechE607318
奥林巴斯IX53显微镜Olympus--
Cytomics FC500流式细胞仪CytoFLEX--
小鼠组织解离试剂盒Miltenyi130-096-730
DCFH-DA荧光探针BeyotimeS0033S
Annexin V-FITC凋亡检测试剂盒BeyotimeC1062M
DAPI染色液BestBioBB-4401
奥林巴斯BX60荧光显微镜Olympus--
MTT试剂SolarbioM8180
EdU掺入试剂盒RibbioC10310-1
Caspase-Glo 3/7检测系统PromegaG8091
Transwell小室Corning3401
JC-1染料BeyotimeC2006
荧光素酶ATP检测试剂盒BeyotimeS0026
溴化乙锭Amresco0492
Bioanalyzer 2100分析仪Agilent--
Illumina NovaSeq测序平台Illumina--

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
细胞培养与分化
细胞系来源(THP-1, RAW264.7, SNU739, Hepa1-6)、培养基、血清浓度、PMA分化条件(150 nM, 24h)、IL-4/IL-13极化条件(20 ng/mL, 24h)、培养温度(37°C)和CO2浓度(5%)
阅读提示:Methods and Materials - Cell culture and reagents
索拉非尼处理HCC细胞制备条件培养基
索拉非尼浓度(SNU739: 16μM 24h 或 7μM 48h; Hepa1-6: 30μM 24h 或 16μM 48h)
阅读提示:Methods and Materials - Cell culture and reagents;图S4
动物模型建立
小鼠品系、周龄、性别、细胞接种数量(3×10^6)、Matrigel比例、注射部位、给药剂量(30 mg/kg/day)和途径(灌胃)、治疗时间
阅读提示:Methods and Materials - Animals; 图1B, 图8A
mtDNA检测
样品类型(血浆、细胞上清)、qPCR/ddPCR方法、引物(MT-ND1, 36B4)
阅读提示:Methods and Materials - Detection of cell free mtDNA content; 补充表S2
M2极化检测
标志物(CD163, CD206, Arg-1)、检测方法(流式、qPCR、WB、IF)、处理条件(CM、mtDNA)
阅读提示:Methods and Materials - Flow cytometry, qRT-PCR, Western blot; 图2, 图4
TLR9阻断实验
TLR9抑制剂(ODN INH-18, E6446浓度20 mg/kg/day)或shRNA、处理时间
阅读提示:Methods and Materials - 细胞培养与试剂, 动物实验; 图7, 图8