奎纳克林与姜黄素联合通过调节ABCG2经VEGF A降低乳腺癌血管生成

Quinacrine and Curcumin in combination decreased the breast cancer angiogenesis by modulating ABCG2 via VEGF A.

作者信息Deepika Nayak, Subarno Paul, Chinmay Das, Subhasmita Bhal, Chanakya Nath Kundu
PMID36326988
发布时间2023-09
DOI10.1007/s12079-022-00692-0

实验完整度

包含体外SP细胞、离体患者来源细胞、卵内CAM实验及体内PDX模型的多个独立证据层级,并进行了基因敲低、过表达、蛋白纯化及药物处理等功能和机制验证。

主要模型

MCF-10A-Tr来源的SP细胞 HUVECs 受精鸡蛋胚胎(CAM模型) 患者来源异种移植(PDX)Balb/C小鼠

重点核对

SP细胞从MCF-10A-Tr-P-EMT细胞中分离,Hoechst 33342染色 Cur和QC处理浓度:Cur 8 μM,QC 5 μM,联合处理为Cur预处理6 h后加QC 4 μM共48 h ABCG2敲低使用siRNA(4 μg) ABCG2过表达使用pSIN4-EF2-ABCG2-IRES-Neo质粒(4 μg) PDX模型中药物剂量为20 mg/kg/天,口服给药2周

摘要

癌症干细胞(CSCs)因其广泛的药物外排、DNA修复和自我更新能力而导致癌症耐药。ATP结合盒G亚家族成员2(ABCG2)外排泵为肿瘤中的CSCs提供保护,使其免受化疗的不利影响。尽管ABCG2在癌症进展、侵袭、复发中的作用已知,但其在转移和血管生成中的作用尚不明确。在此,我们利用体外(CSCs富集的侧群[SP]细胞)、离体(患者来源的原代细胞)、卵内(受精鸡蛋胚胎)和体内(患者来源的原发组织介导的异种移植[PDX])系统,系统研究了ABCG2在血管生成中的作用以及姜黄素(Cur)和奎纳克林(QC)对该过程的调控。Cur+QC抑制了增殖、侵袭、迁移以及转移和血管生成的代表性标志物的表达。在低氧条件下,ABCG2富集的细胞释放血管生成因子血管内皮生长因子A(VEGF A),并通过PI3K-Akt-eNOS级联诱导血管生成。Cur+QC抑制ABCG2表达,从而减少血管生成。有趣的是,SP细胞中ABCG2的过表达和在培养基中孵育纯化的ABCG2蛋白可诱导血管生成,而ABCG2的敲低则减少了血管化。与体外结果一致,离体数据显示了类似现象。在PDX小鼠中观察到血管化诱导,但在Cur+QC处理后也观察到血管化减少。因此,数据表明,在低氧条件下,ABCG2增强血管生成因子VEGF A的产生,进而诱导血管生成,而Cur+QC通过抑制乳腺癌中的ABCG2来抑制该过程。

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
ABCG2在乳腺癌转移和血管生成中的作用及其是否受姜黄素和奎纳克林联合调控
核心机制
低氧条件下,ABCG2通过增强VEGF A的产生,进而激活内皮细胞中的PI3K-Akt-eNOS信号级联,诱导血管生成。Cur+QC通过抑制ABCG2表达,降低VEGF A水平,从而抑制血管生成。
主要证据
SP细胞、ABCG2敲低和过表达细胞、纯化蛋白、患者来源细胞、CAM实验及PDX模型均验证了ABCG2在血管生成中的必要性,且Cur+QC处理显著降低血管化。
研究意义
作者提出ABCG2可能是转移性乳腺癌中一个潜在的抗血管生成靶点,Cur+QC联合可作为抑制乳腺癌血管生成的策略。

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

建立乳腺癌转移模型并分离SP细胞

获得富含CSCs的细胞模型以研究ABCG2在转移和血管生成中的作用

使用MCF-10A-Tr细胞经低氧条件培养形成mammosphere后贴壁得到MCF-10A-Tr-P-EMT细胞,再通过Hoechst 33342染色和流式分选分离SP细胞。

2

验证Cur+QC对ABCG2及CSCs信号通路的影响

确定Cur+QC是否通过ABCG2调控CSCs信号通路

SP细胞经Cur、QC单独或联合处理,通过Western blot检测ABCG2、ABCC1、ABCB1及WNT/β-catenin和HH-Gli通路蛋白表达,并用TCF/LEF荧光素酶报告基因检测转录活性。

3

敲低ABCG2验证其特异性

验证ABCG2是Cur+QC作用的关键靶点

SP细胞转染ABCG2 siRNA或对照siRNA,观察细胞形态变化,检测ABCG2敲低后细胞侵袭、迁移能力及药物处理后ABCG2、ABCB1、ABCC1和CSCs信号通路蛋白表达。

4

评估Cur+QC对SP细胞转移和血管生成能力的影响

检测Cur+QC对SP细胞增殖、迁移、侵袭及血管生成相关指标的影响

SP细胞经药物处理后,通过Ki67表达检测增殖、Matrigel侵袭实验检测侵袭、划痕实验检测迁移;检测转移和血管生成标志物;收集条件培养基(CM)用于HUVECs的管形成实验、明胶酶谱法检测MMP-2/9,并通过Western blot检测PI3K/Akt/eNOS通路。

5

验证ABCG2敲低对血管生成的影响

确认ABCG2缺失时Cur+QC无法发挥抑制血管生成的作用

ABCG2敲低SP细胞的CM用于CAM实验、HUVEC管形成及MMP检测,评估血管生成变化。

6

患者来源样本和PDX模型验证

验证ABCB2在患者来源的CSCs和体内模型中对血管生成的作用及Cur+QC的治疗效果

从患者乳腺癌组织中分离细胞,建立转移模型,检测MDR蛋白表达;免疫组化分析ABCG2表达;建立PDX模型,观察药物处理对血管形成的影响。

7

体外过表达和纯化ABCG2蛋白验证其促血管生成作用

证明ABCG2本身具有诱导血管生成的能力

SP细胞转染ABCG2过表达质粒,收集CM,或将纯化ABCG2蛋白直接用于CAM实验,观察血管生成变化。

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
Hoechst 33342----
碘化丙啶----
DMEM培养基Himedia--
胎牛血清----
M199培养基Gibco--
内皮细胞生长添加剂BD Biosciences--
奎纳克林Sigma-AldrichQ3251
姜黄素Sigma-AldrichC7727
ABCG2 siRNASanta Cruz Biotechnologysc-41,151
ABCG2质粒(pSIN4-EF2-ABCG2-IRES-Neo)Addgene25,983
ABCG2纯化蛋白Cloud clone corp.RPA960Hu01
基质胶BD Biosciences356,234
Lipofectamine 2000----
DAB显色试剂盒Vector LaboratoriesSK-4100
抗CXCR4抗体Sigma-AldrichSAB3500383
抗ABCG2抗体Cell Signaling Technology42,078
抗ABCB1抗体Cell Signaling Technology13,342
抗ABCC1抗体Cell Signaling Technology14,685
抗β-连环蛋白抗体Cell Signaling Technology9587
抗HIF-1α抗体Cell Signaling Technology3716
抗Ang-2抗体Cell Signaling Technology2948
抗c-Myc抗体Cell Signaling Technology9402
抗Cyclin D1抗体Cell Signaling Technology2922
抗Chk1抗体Cell Signaling Technology2345
抗E-钙黏蛋白抗体Cell Signaling Technology3195
抗波形蛋白抗体Cell Signaling Technology5741
抗Akt抗体Cell Signaling Technology9272
抗PI3K抗体Cell Signaling Technology5292
抗Sox-2抗体Cell Signaling Technology2748
抗Gli-1抗体Cell Signaling Technology2643
抗eNOS抗体Cell Signaling Technology32027
抗TNF-α抗体Cell Signaling Technology3711
抗TGF-β抗体Cell Signaling Technology3707
抗小鼠IgG抗体Cell Signaling Technology7076
抗兔IgG抗体Cell Signaling Technology7074
抗CD-133抗体ElabscienceE-AB-33,462
抗Nanog抗体Santa Cruz Biotechnologysc-376,915
抗Oct-4抗体Santa Cruz Biotechnologysc-5279
抗GAPDH抗体Santa Cruz Biotechnologysc-25,778
抗CD-44抗体Abcamab23557
抗Ang-1抗体Abcamab8451
BD FACS Aria II流式细胞仪BD Biosciences--
尼康荧光显微镜Nikon--
Evos荧光显微镜Thermo Fisher Scientific--
酶标仪Berthold--
AngioTool软件----
GraphPad Prism软件GraphPad Software--
UVP GelDoc-It 310凝胶成像系统UVP--
Leica DM200明场显微镜Leica--

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
SP细胞分离
细胞数量(1×10^6)、Hoechst 33342浓度(5 μg/mL)和孵育时间(90 min)、PI浓度(2 μg/mL)
阅读提示:Materials and methods 中的 Cell culture and reagents 部分
Cur和QC处理
Cur浓度(8 μM)、QC浓度(5 μM),联合处理为Cur预处理6 h后加QC 4 μM处理48 h
阅读提示:Materials and methods 中的 Treatment of SP cells with cur and QC 部分
ABCG2敲低
siRNA用量(4 μg)、转染时间(8 h)、后续培养时间(24 h)
阅读提示:Materials and methods 中的 Knockdown of ABCG2 部分
ABCG2过表达
质粒用量(4 μg)、细胞密度(1×10^5/孔)
阅读提示:Materials and methods 中的 Overexpression of ABCG2 in SP cells 部分
CAM实验
鸡蛋孵育时间(60 h)、蛋白浓度(100 μg/mL)、观察时间(84 h)
阅读提示:Materials and methods 中的 In ovo blood vessel formation assay 部分
PDX模型
小鼠品系(雌性Balb/C,6周龄)、每组数量(3只)、给药剂量(20 mg/kg/天)和方式(口服)、给药时长(2周)
阅读提示:Materials and methods 中的 Establishment of patient derived xenograft (PDX) model 部分
Western blot
蛋白上样量(40 μg)、SDS-PAGE浓度(10%)
阅读提示:Materials and methods 中的 Western blot analysis 部分