吸烟通过FOXM1/CKAP2L轴促进膀胱癌的进展

Smoking promotes the progression of bladder cancer through FOXM1/CKAP2L axis.

作者信息Feixiang Wu, Shasha Wu, Yu Huang, Xiao Xiao, Haitao Yu, Xuesong Bai, Chunlin Zhang, Zhenwei Feng, Li Li, Yuhua Mei, Xinyuan Li, Xin Gou
PMID40646610
发布时间2025-07-11
DOI10.1186/s12967-025-06835-2

实验完整度

包含横断面分析和孟德尔随机化的人群研究,体外细胞功能实验(增殖、迁移、侵袭、细胞周期),体内皮下肿瘤模型,以及ChIP-qPCR机制验证,证据层级丰富。

主要模型

膀胱癌细胞系(T24、5637、UM-UC-3、TCCSUP) 小鼠膀胱癌细胞系MB49皮下移植瘤模型 NHANES队列(1999-2018) 欧洲人群GWAS数据

重点核对

CSE处理浓度:0.125%和0.25%,处理4天或慢性暴露8周 细胞系选择:UM-UC-3和5637用于敲低,T24和TCCSUP用于过表达 动物模型:4周龄雌性C57BL/6小鼠,皮下注射2×10^6 MB49细胞,每组5只 ChIP-qPCR验证FOXM1与CKAP2L启动子结合 统计方法:双尾Student's t检验,单因素方差分析,双因素方差分析

摘要

背景:吸烟是膀胱癌的公认危险因素;然而,这种关联的分子机制仍不清楚。本研究旨在阐明吸烟与膀胱癌之间的联系,并确定吸烟促进肿瘤进展的分子机制。方法:通过横断面分析和孟德尔随机化(MR)分析评估吸烟与膀胱癌之间的关系。进行生物信息学分析以确定吸烟诱导的膀胱癌进展中的关键基因。用香烟烟雾提取物(CSE)处理膀胱癌细胞后,通过体外增殖、迁移和侵袭实验以及体内皮下肿瘤模型评估CKAP2L对增殖和转移的影响。通过染色质免疫沉淀(ChIP)实验确定FOXM1与CKAP2L启动子的结合。结果:横断面和MR分析均证实了吸烟与膀胱癌之间的正相关关系。功能实验表明,CSE处理促进了膀胱癌细胞的增殖和转移。通过生物信息学分析,CKAP2L被确定为一个关键基因,其表达被CSE处理上调。此外,敲低CKAP2L抑制细胞增殖、迁移和侵袭;将细胞周期阻滞在S期和G2/M期;并调节相关蛋白的表达。过表达CKAP2L则呈现相反的结果。ChIP-qPCR实验证实FOXM1显著结合CKAP2L启动子。结论:吸烟通过上调CKAP2L和FOXM1促进膀胱癌进展,后者通过细胞周期调控驱动肿瘤进展。这确定了FOXM1/CKAP2L轴是吸烟促进膀胱癌进展的一种机制。

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
吸烟如何通过分子机制促进膀胱癌的进展?
核心机制
吸烟通过上调FOXM1和CKAP2L的表达,FOXM1作为转录因子结合CKAP2L启动子区域,激活CKAP2L转录,进而通过调控细胞周期(S和G2/M期)促进膀胱癌细胞增殖和转移。
主要证据
横断面分析和孟德尔随机化证实吸烟与膀胱癌正相关;体外实验显示CSE处理上调CKAP2L和FOXM1,敲低CKAP2L抑制增殖、迁移和侵袭并阻滞细胞周期,过表达则相反;体内实验显示CKAP2L过表达增加肿瘤重量;ChIP-qPCR证实FOXM1结合CKAP2L启动子。
研究意义
揭示了FOXM1/CKAP2L轴是吸烟促进膀胱癌进展的分子机制,为膀胱癌的诊断和治疗提供了潜在的新靶点。

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

评估吸烟与膀胱癌的关系

通过流行病学方法验证吸烟与膀胱癌之间的关联及潜在因果关系。

利用NHANES 1999-2018数据(37091名参与者)进行横断面分析,通过逻辑回归模型评估吸烟状态与膀胱癌风险;使用两样本孟德尔随机化分析,基于多个吸烟特征(如每日吸烟量、起始吸烟年龄等)的GWAS数据,评估吸烟对膀胱癌的因果效应。

2

鉴定吸烟与膀胱癌相关的关键基因

利用生物信息学方法筛选参与吸烟诱导膀胱癌进展的关键基因。

整合TCGA-BLCA、GEO bulk RNA-seq (GSE133624)和scRNA-seq (GSE222315)数据,分析差异表达基因;使用WGCNA和与吸烟相关基因重叠,筛选关键基因;构建PPI网络;预测转录因子。

3

构建CSE处理模型并评估其对膀胱癌细胞的影响

验证香烟烟雾提取物是否能促进膀胱癌细胞的恶性表型。

制备CSE,处理膀胱癌细胞(浓度为0.125%和0.25%),通过CCK8、EdU、Transwell实验评估细胞增殖、迁移和侵袭能力,并用RT-qPCR和Western blot检测CKAP2L和FOXM1的表达。

4

验证CKAP2L对膀胱癌细胞功能的影响

明确CKAP2L在膀胱癌增殖、迁移、侵袭和细胞周期调控中的作用。

在UM-UC-3和5637细胞中敲低CKAP2L,在T24和TCCSUP细胞中过表达CKAP2L,通过EdU、集落形成、CCK8、流式细胞术、Transwell和伤口愈合实验评估功能;Western blot检测细胞周期相关蛋白和EMT标志物。

5

体内评估CKAP2L对肿瘤生长的影响

在体内验证CKAP2L促进膀胱癌生长的作用。

将稳定转染CKAP2L-OE或空载体的MB49细胞皮下注射到C57BL/6小鼠体内,监测肿瘤生长,两周后处死小鼠,测量肿瘤重量。

6

验证FOXM1对CKAP2L的转录调控

证实FOXM1是否通过结合CKAP2L启动子调控其表达。

通过GSEA预测转录因子,利用Cistrome和JASPAR数据库预测结合位点,设计引物,进行ChIP-qPCR实验验证FOXM1与CKAP2L启动子的结合;通过Western blot检测shFOXM1对CKAP2L表达的影响。

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Gibco--
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Pricella Biotechnology Co., Ltd.--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen; Thermo Fisher Scientific--
嘌呤霉素----
TRIzol试剂Invitrogen--
ReverTra Ace qPCR RT 预混液TOYOBO--
SYBR Green实时PCR预混液TOYOBO--
RIPA裂解液----
蛋白酶抑制剂混合物----
BCA蛋白浓度测定试剂盒Beyotime Biotechnology--
ECL化学发光试剂盒Beyotime Biotechnology--
抗CKAP2L抗体Proteintech17143-1-AP
抗FOXM1抗体Proteintech13147-1-AP
抗Cyclin A2抗体HuabioET1612-26
抗Cyclin B1抗体HuabioET1608-27
抗Cyclin D1抗体HuabioET1601-31
抗CDK1抗体HuabioET1607-51
抗CDK2抗体HuabioET1602-2
抗E-cadherin抗体HuabioET1607-75
抗N-cadherin抗体HuabioET1607-37
抗Vimentin抗体HuabioET1610-39
CCK8试剂----
EdU试剂盒Biosharp--
碘化丙啶----
基质胶Corning--
BeyoChIP™ ChIP检测试剂盒(含Protein A/G磁珠)Beyotime Biotechnology--
香烟烟雾提取物Hongtashan Tobacco--

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
横断面分析
NHANES数据年份(1999-2018)、纳入标准(年龄≥20,非孕妇,无缺失数据)、吸烟状态定义、协变量(年龄、性别、种族、教育、婚姻、收入、BMI、饮酒)
阅读提示:Methods: Cross-sectional study on the relationship between smoking and bladder cancer
孟德尔随机化分析
GWAS数据来源(FinnGen、IEU)、工具变量选择阈值(p<5×10^-8, LD r2<0.001, F>10)、MR方法(IVW, weighted median, simple mode, weighted mode)、异质性和多效性检验
阅读提示:Methods: MR analyses
CSE处理
CSE制备方法(5分钟/支香烟,0.22μm过滤)、处理浓度(0.125%和0.25%)、处理时间(4天急性,8周慢性)
阅读提示:Methods: Preparation of cigarette smoke extract (CSE)
细胞功能实验
细胞系(T24、5637、UM-UC-3、TCCSUP)、转染类型(shRNA/OE)、接种密度(1500细胞/孔)、检测方法(CCK8、EdU、集落形成、Transwell、伤口愈合)
阅读提示:Methods: Cell culture and transfection, Cell proliferation assays, Cell migration and invasion
动物实验
动物品系(C57BL/6)、性别(雌性)、年龄(4周)、细胞系(MB49)、细胞数量(2×10^6)、分组(n=5)、观察时间(2周)
阅读提示:Methods: Animal model
ChIP-qPCR
细胞系(UM-UC-3、T24)、甲醛交联时间(10min)、超声片段大小(400-800bp)、抗体(FOXM1)、qPCR引物设计(基于预测结合位点)
阅读提示:Methods: Chromatin immunoprecipitation (ChIP)