非小细胞肺癌放射抵抗关键基因和功能通路鉴定

Identification of Key Genes and FUNCTIONAL Pathway in Radioresistance of Non-Small Cell Lung Cancer.

作者信息Shouying Li, Jiaxin Feng, Haiyan Weng, Feng Zhao, Guohui Cui, Wenkui Fu, Xiaorong Lin, Hai Hu
PMID36171861
发布时间2022-09-14
DOI10.2147/CMAR.S382079

实验完整度

建立了A549放射抵抗细胞系,结合微阵列、qRT-PCR、ELISA、流式、Western blot验证,但缺乏体内模型和患者样本验证。

主要模型

A549放射抵抗细胞系(A549-RR) A549亲本细胞系 人外周血单个核细胞(PBMC)共培养体系

重点核对

放射抵抗细胞系建立:A549细胞经4Gy分次照射,总剂量60Gy DEG筛选标准:|logFC|>1,p<0.05 STAT1抑制剂处理:S1491,2μg/mL,24小时 qRT-PCR内参基因:ACTB 流式细胞术抗体:CD3、CD8、CD45(BD Bioscience)

摘要

目的:为更好地理解放疗抵抗及其潜在机制。方法:我们建立了非小细胞肺癌(NSCLC)放射抵抗细胞系,随后进行微阵列分析。随后在放射抵抗细胞系与敏感细胞系之间筛选出529个差异表达基因(DEGs)。利用京都基因与基因组百科全书(KEGG)和基因本体论(GO)富集分析鉴定了上述DEGs的生物学功能和富集通路。基因集富集分析(GSEA)显示,与放射敏感组相比,放射抵抗组中富集最多的基因集涉及免疫应答改变,如TNF信号通路。通过STRING数据库进行蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析,然后通过Cytoscape软件筛选出五个枢纽基因(CXCL10、IFIH1、DDX58、CXCL11、RSAD2)。RT-PCR证实了上述枢纽基因的表达。ChIP-X富集分析显示STAT1可能是上述枢纽基因的转录因子。考虑到PD-L1在多种肿瘤中可被STAT1激活并最终导致免疫耗竭,RT-PCR和Western blot验证了PD-L1的表达水平。结果:筛选出五个枢纽基因(CXCL10、IFIH1、DDX58、CXCL11、RSAD2),并验证其在放射抵抗组中高表达,STAT1可能是上述枢纽基因的转录因子。我们的研究发现,放疗抵抗发生后PD-L1表达水平升高。结论:尽管放射抵抗后发生免疫系统激活,我们假设STAT1激活引起的PD-L1表达上调可能是放疗抵抗的机制之一。

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
非小细胞肺癌放疗抵抗的潜在机制是什么?
核心机制
STAT1激活导致PD-L1表达上调,最终引起抗肿瘤免疫耗竭,可能是放疗抵抗的机制之一。
主要证据
在A549-RR细胞中,qRT-PCR验证五个枢纽基因(CXCL10、IFIH1、DDX58、CXCL11、RSAD2)高表达;Western blot显示p-STAT1(Y701)和PD-L1表达升高;STAT1抑制剂处理增加放射敏感性。
研究意义
提示STAT1信号通路和PD-L1可能是克服非小细胞肺癌放疗抵抗的潜在靶点,联合免疫治疗可能提高放疗敏感性。

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

建立放射抵抗细胞系

获得非小细胞肺癌放射抵抗模型以研究抵抗机制

使用A549细胞经4Gy分次照射,总剂量60Gy,建立A549-RR细胞系;通过克隆形成实验验证放射抵抗性

2

微阵列分析和DEG筛选

筛选放射抵抗细胞与敏感细胞之间的差异表达基因

提取总RNA进行RNA微阵列分析,使用DESeq2和limma包筛选DEGs

3

功能富集分析

揭示DEGs参与的生物学功能和通路

进行GO和KEGG富集分析,以及GSEA分析

4

PPI网络和枢纽基因筛选

识别放射抵抗中的关键基因

使用STRING数据库构建PPI网络,Cytoscape的CytoHubba模块筛选枢纽基因

5

枢纽基因验证

验证微阵列结果中枢纽基因的表达差异

通过qRT-PCR验证五基因表达,ELISA检测CXCL10、CXCL11水平

6

免疫浸润分析

评估枢纽基因表达与CD8+ T细胞浸润的关系

使用TIMER2和多种算法分析TCGA数据中CD8+ T细胞浸润与枢纽基因的相关性;通过transwell共培养和流式细胞术验证趋化性

7

转录因子预测和验证

预测枢纽基因的转录因子并验证STAT1通路

使用ChIP-X富集分析预测STAT1;Western blot验证STAT1和p-STAT1表达

8

PD-L1表达和STAT1抑制实验

验证STAT1调控PD-L1表达以及抑制STAT1对放射敏感性的影响

qRT-PCR和Western blot检测PD-L1表达;使用STAT1抑制剂处理A549-RR细胞后进行克隆形成实验

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
A549细胞系ATCC--
RPMI-1640培养基----
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript逆转录试剂盒Takara--
SYBR Green预混液Takara--
CXCL10 ELISA试剂盒Absinabs510027
CXCL11 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-H0051c
人单个核细胞分离液Haoyang BiologicalLST1077
CD3抗体BD Bioscience560835
CD8抗体BD Bioscience555367
CD45抗体BD Bioscience555482
抗STAT1抗体Cell Signaling Technology9172
抗磷酸化STAT1抗体Cell Signaling Technology9167
抗PD-L1抗体ABclonalA18103
抗β-肌动蛋白抗体Proteintech66009
过氧化物酶标记二抗Abcamab6721
增强化学发光试剂Thermo--
TMB底物----
STAT1抑制剂(S1491)SelleckS1491

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
细胞系建立
A549细胞来源、照射剂量(4Gy/次,总剂量60Gy)、培养条件
阅读提示:Materials and Methods 中 Microarray Data 部分
克隆形成实验
照射剂量(0,2,4,6,8Gy)、接种细胞数(500-8000)、培养时间(2周)、固定和染色方法
阅读提示:Figure 1 图注及 Materials and Methods 中 Microarray Data 部分
qRT-PCR验证
引物序列、内参基因(ACTB)、使用2−ΔΔCt方法
阅读提示:Materials and Methods 中 Validation of Hub Genes 部分及 Table 1
ELISA检测
CXCL10和CXCL11试剂盒品牌和货号、上清收集和处理步骤
阅读提示:Materials and Methods 中 Validation of Hub Genes 部分
免疫浸润分析
TCGA数据来源、算法(TIMER等)、CD8+ T细胞相关性分析
阅读提示:Materials and Methods 中 Analysis of Immune Infiltration 部分及 Figure 4 图注
流式细胞术
PBMC分离方法、抗体(CD3、CD8、CD45)和浓度、共培养时间(24小时)
阅读提示:Materials and Methods 中 Analysis of Immune Infiltration 部分
Western blot
抗体(STAT1、p-STAT1、PD-L1、β-actin)及其稀释比例、蛋白提取和检测方法
阅读提示:Materials and Methods 中 Immunoblotting 部分
STAT1抑制实验
STAT1抑制剂(S1491)浓度(2μg/mL)和处理时间(24小时)
阅读提示:Results 中 Inhibition of STAT1 Could Improve the Therapeutic Efficacy of Radiotherapy 部分及 Figure 5 图注