癌症相关成纤维细胞来源的外泌体miR-3126-5p通过靶向KLF13激活SH2B1/IRS1轴促进糖酵解加速非小细胞肺癌进展

Exosomal miR-3126-5p derived from cancer-associated fibroblasts facilitates glycolysis to accelerate NSCLC progression by targeting KLF13 to activate the SH2B1/IRS1 axis.

作者信息Zhenyu Zhang, Haicheng Ma, Yingying Zheng, Lina Wang, Chenghui Wang, Yuanyuan Liu, Hengxiao Lu, Shaoqiang Wang
PMID41410190
发布时间2025-12
DOI10.1002/ctm2.70554

实验完整度

包含细胞系功能实验、Co-IP/GST pull-down验证蛋白互作、ChIP/EMSA/双荧光素酶验证转录调控、异种移植瘤和免疫活性小鼠体内模型等多层级验证。

主要模型

A549和NCI-H1299细胞系 异种移植瘤小鼠模型(BALB/c nude mice) Lewis肺癌(LLC)同系小鼠模型(C57BL/6N mice) 临床NSCLC组织及血浆样本

重点核对

CAFs来源外泌体浓度及处理剂量:1×10^11 particles/mL(体外)、5×10^10 particles/mouse(体内) shRNA和过表达质粒转染效率及敲低/过表达效果验证 KLF13与SH2B1启动子结合实验(ChIP、EMSA、双荧光素酶)的细胞系和构建体 BKM120给药剂量和方式:40 mg/kg/d,口服灌胃,持续两周 动物模型构建细节:细胞株类型、皮下注射细胞数、尾静脉注射外泌体频率(每周一次)

摘要

背景 作为肿瘤微环境的关键组成部分,癌症相关成纤维细胞(CAFs)积极驱动非小细胞肺癌(NSCLC)的恶性进展;然而,其潜在机制仍未得到充分表征。本研究探讨了CAFs来源的外泌体miR-3126-5p在NSCLC细胞糖酵解中的作用。 方法 通过乳酸产生、葡萄糖摄取、耗氧率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)评估糖酵解。通过CCK-8、EdU染色和流式细胞术评估细胞增殖和周期。通过Co-IP和GST pull-down实验检测Src同源2B接头蛋白1(SH2B1)与胰岛素受体底物1(IRS1)蛋白的相互作用。通过ChIP、双荧光素酶报告基因实验和EMSA确定Krüppel样因子13(KLF13)与SH2B1启动子的结合。应用双荧光素酶报告基因实验评估miR-3126-5p与KLF13 3'-UTR的结合。在小鼠异种移植瘤和Lewis肺癌模型中测定NSCLC的体内生长。 结果 CAFs来源的外泌体miR-3126-5p在NSCLC组织中高表达,其升高的血浆水平与NSCLC患者的不良预后显著相关。CAFs来源的外泌体miR-3126-5p促进糖酵解,加速NSCLC细胞的恶性进展。KLF13在NSCLC中表达降低,而其过表达通过抑制糖酵解抑制NSCLC生长。外泌体miR-3126-5p靶向KLF13 3'-UTR以抑制其在NSCLC细胞中的表达。KLF13转录抑制SH2B1表达,以消除SH2B1与IRS1蛋白之间的相互作用,从而抑制PI3K/AKT通路介导的糖酵解。KLF13敲低抵消了外泌体miR-3126-5p抑制的抗癌作用。 结论 CAFs来源的外泌体miR-3126-5p通过抑制KLF13表达加速NSCLC进展,KLF13转录激活SH2B1以促进其与IRS1的相互作用,从而促进PI3K/AKT通路介导的糖酵解。我们的发现将CAFs分泌的外泌体miR-3126-5p定位为NSCLC管理中具有潜力的新型治疗干预靶点。

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
CAFs来源的外泌体miR-3126-5p是否以及如何通过靶向KLF13促进NSCLC的糖酵解和恶性进展?
核心机制
CAFs来源的外泌体miR-3126-5p靶向并抑制KLF13表达,KLF13转录抑制SH2B1转录,进而解除对SH2B1的抑制,SH2B1与IRS1相互作用激活PI3K/AKT通路,促进NSCLC细胞的糖酵解。
主要证据
细胞实验显示miR-3126-5p靶向KLF13 3'-UTR调控其表达;KLF13直接结合SH2B1启动子抑制其转录;SH2B1与IRS1蛋白直接相互作用;体内外实验均证实该轴促进糖酵解和肿瘤生长,且PI3K/AKT抑制剂BKM120可逆转。
研究意义
研究揭示了肿瘤微环境中CAFs通过外泌体miR-3126-5p调控NSCLC代谢重编程的新机制,为靶向该通路干预NSCLC代谢提供潜在治疗策略。

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SH2B1对NSCLC细胞糖酵解的影响

探究SH2B1是否调控NSCLC细胞的糖酵解过程。

在A549和NCI-H1299细胞中敲低或过表达SH2B1,检测细胞增殖、周期、葡萄糖摄取、乳酸产生、ECAR、OCR及糖酵解标志物(GLUT1、PDK1、LDHA等)的表达变化,并在细胞系和临床样本中分析SH2B1与GLUT1的相关性及预后意义。

2

验证SH2B1与IRS1的相互作用及其功能

确定SH2B1是否与IRS1蛋白直接相互作用,并验证该互作对NSCLC糖酵解的影响。

Co-IP实验检测内源性SH2B1和IRS1蛋白相互作用,GST pull-down验证直接互作;在细胞中敲低IRS1并联合SH2B1过表达,观察对增殖、周期、糖酵解及PI3K/AKT通路蛋白的影响。

3

识别并验证SH2B1的上游转录调控因子KLF13

探究KLF13是否直接结合SH2B1启动子并调控其转录。

通过JASPAR数据库预测KLF13在SH2B1启动子上的结合位点,并用ChIP、EMSA和双荧光素酶报告基因实验验证结合及转录抑制功能。

4

评估KLF13对NSCLC细胞糖酵解及体内肿瘤生长的影响

验证KLF13是否通过调控SH2B1影响NSCLC的糖酵解和肿瘤生长。

在细胞中敲低或过表达KLF13,检测增殖、周期、糖酵解指标及信号通路蛋白;在BALB/c裸鼠异种移植瘤模型中观察肿瘤生长、Ki-67、葡萄糖摄取、乳酸产生及相关蛋白表达,并加入SH2B1回补实验验证。

5

阐明CAFs来源外泌体对NSCLC细胞KLF13表达的影响及机制

探究肿瘤微环境中CAFs来源的外泌体是否介导NSCLC细胞中KLF13的低表达,并寻找关键miRNA。

分离并鉴定CAFs和NFs,提取外泌体并表征;用CAFs和NFs来源外泌体处理NSCLC细胞,检测KLF13表达。通过ENCORI数据库预测并筛选候选miRNA,用RT-qPCR验证miR-3126-5p在CAFs中的高表达及对外泌体负载的影响,并用双荧光素酶报告基因验证miR-3126-5p与KLF13 3'-UTR的结合。

6

验证外泌体miR-3126-5p/KLF13轴在体内外对NSCLC进展的作用

在体内外模型中验证CAFs来源外泌体miR-3126-5p通过靶向KLF13促进糖酵解和肿瘤生长的作用。

体外:用敲低或过表达miR-3126-5p的CAFs来源外泌体处理NSCLC细胞,联合或不联合KLF13敲低,检测糖酵解和增殖。体内:在BALB/c裸鼠异种移植瘤模型中,注射不同来源外泌体,联合KLF13敲低,观察肿瘤生长;并构建免疫活性C57BL/6N小鼠LLC模型验证;进一步用PI3K/AKT抑制剂BKM120处理异种移植瘤小鼠验证通路参与。

7

分析临床样本中外泌体miR-3126-5p的表达及其预后价值

评估血浆外泌体miR-3126-5p水平与NSCLC临床病理特征及预后的相关性。

收集NSCLC患者和健康对照血浆,分离外泌体,RT-qPCR检测miR-3126-5p水平;分析其与组织中GLUT1/LDHA表达的相关性,以及与肿瘤分期、转移和患者生存期的关系。

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Gibco--
表皮生长因子MedChemExpress--
青霉素/链霉素----
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher Scientific--
聚凝胺MedChemExpress--
嘌呤霉素MedChemExpress--
EdUAbcam--
CCK-8试剂盒MedChemExpressHY-K0301
DNA含量定量检测试剂盒SolarbioCA1510
核糖核酸酶A----
碘化丙啶----
葡萄糖摄取检测试剂盒Abcamab136955
乳酸含量检测试剂盒SolarbioBC2235
细胞线粒体压力检测试剂盒Agilent Seahorse103015-100
糖酵解速率检测试剂盒Agilent Seahorse103344-100
磁珠免疫共沉淀试剂盒Thermo Fisher Scientific88804
免疫沉淀缓冲液Beyotime--
抗SH2B1抗体Proteintech12226-1-AP
IgG抗体Abcamab172730
化学发光EMSA试剂盒Thermo Fisher Scientific20148
Pierce磁珠ChIP试剂盒Thermo Fisher Scientific26157
抗KLF13抗体Thermo Fisher ScientificPA5-80754
pmirGLO载体Promega--
pGL3-basic载体Promega--
pRL-TK内参质粒Promega--
双荧光素酶报告基因检测系统PromegaE1910
总外泌体分离试剂盒Thermo Fisher Scientific4478359/4484450
PKH67染料Sigma-AldrichMINI67
BKM120----
GLUT1抗体Abcamab150299
KLF13抗体Thermo Fisher ScientificPA5-99103
Ki-67抗体Abcamab15580
二抗Abcamab6721
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific--
GoScript逆转录系统PromegaA5001
SYBR Premix Ex Taq II试剂TaKaRaRR820A
RIPA裂解液Beyotime--
BCA蛋白定量试剂盒SolarbioPC0020
PVDF膜----
West Pico ECL底物SolarbioPE0020
抗IRS1抗体Abcamab131487
抗HK2抗体Proteintech22029-1-AP
抗GLUT1抗体Abcamab150299
抗PDK1抗体Abcamab202468
抗ENO1抗体Abcamab227978
抗LDHA抗体Thermo Fisher ScientificPA5-27406
抗磷酸化PI3K抗体Thermo Fisher ScientificPA5-104853
抗PI3K抗体Thermo Fisher ScientificPA5-29220
抗磷酸化AKT抗体Thermo Fisher Scientific44-621G
抗AKT抗体Thermo Fisher ScientificMA5-14916
抗CD63抗体Abcamab134045
抗TSG101抗体Abcamab125011
抗CD9抗体Abcamab236630
抗CD81抗体Abcamab155760
抗GM130抗体Thermo Fisher ScientificPA1-077
抗Calnexin抗体Abcamab22595
抗Annexin V抗体Abcamab108321
抗白蛋白抗体Abcamab207327
抗JAK2抗体Abcamab108596
抗His抗体Abcamab9108
抗GST抗体Abcamab111947
β-肌动蛋白抗体Abcamab8227
脱氧核糖核酸酶Gibco--
I型胶原酶Gibco--
荧光显微镜Olympus--
酶标仪Thermo Fisher Scientific--
流式细胞仪Thermo Fisher Scientific--
XF96细胞外流量分析仪Agilent Seahorse--
透射电子显微镜HITACHI--
NS300系统NanoSight--
7500实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
生物素标记的SH2B1探针GenePharma--

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
细胞系来源、培养基类型、FBS浓度、CO2浓度、温度;CAFs和NFs的分离方法、培养基成分、使用代数
阅读提示:Methods 2.2 Cell culture、2.3 Isolation of primary normal fibroblasts (NFs)/CAFs and identification
糖酵解检测
细胞接种密度、检测试剂盒型号、孵育时间、检测指标(葡萄糖摄取、乳酸产生、ECAR、OCR)
阅读提示:Methods 2.8 Glucose uptake and lactate production measurement、2.9 Detection of oxygen consumption rate and extracellular acidification rate
细胞功能实验
转染试剂、质粒/shRNA序列、转染时间、细胞密度、检测时间点(CCK-8、EdU、流式细胞周期)
阅读提示:Methods 2.4 Cell transfection、2.5 5-Ethynyl-2′-deoxyuridine staining、2.6 Cell counting kit-8、2.7 Flow cytometry
蛋白相互作用验证
Co-IP抗体、GST pull-down蛋白纯化及结合条件、洗涤步骤
阅读提示:Methods 2.11 Co-immunoprecipitation、2.12 GST pull-down assay
转录调控验证
ChIP抗体、EMSA探针、双荧光素酶报告基因构建体(WT/MUT序列)及转染体系
阅读提示:Methods 2.13 Electrophoretic mobility shift、2.14 Chromatin immunoprecipitation、2.15 Dual-luciferase reporter assay
外泌体实验
外泌体分离试剂盒、离心条件、外泌体鉴定标志物、PKH67标记浓度和时间、处理浓度(1×10^11 particles/mL)
阅读提示:Methods 2.16 Isolation and identification of Exos、2.17 Exo uptake and treatment
动物实验
小鼠品系、性别、周龄、体重、细胞接种数量、外泌体注射剂量和频率、BKM120剂量和给药方式、分组信息
阅读提示:Methods 2.18 Animal experiments、Figure legends for Figures 4, 8, S7, S8