IGFBP3诱导PD-L1表达促进胶质母细胞瘤免疫逃逸

IGFBP3 induces PD-L1 expression to promote glioblastoma immune evasion.

作者信息Leilei Zhao, Yudi Wang, Peizheng Mu, Xuehua Zhang, Ruomei Qi, Yurui Zhang, He Zhang, Xiao Zhu, Zhouyan Dong, Yucui Dong
PMID38326861
发布时间2024-02-07
DOI10.1186/s12935-024-03234-3

实验完整度

高

包含临床数据库分析、体外细胞实验、共培养实验、体内小鼠原位肿瘤模型等多层次验证,并利用RNA-seq、免疫印迹、免疫组化等手段明确机制与功能。

主要模型

胶质母细胞瘤细胞系U251和U118(过表达IGFBP3) 胶质母细胞瘤细胞系LN229和T98G(敲低IGFBP3) Jurkat T细胞系(共培养体系) C57BL/6J小鼠原位胶质瘤模型(GL261细胞)

重点核对

IGFBP3与PD-L1在GBM中的表达相关性(TCGA和CGGA数据库) 外源性IGFBP3处理浓度(0, 25, 50, 100 ng/mL)和时间(0, 12, 24, 48 h) IGFBP3过表达/敲低对PD-L1表达的影响(qRT-PCR, immunoblotting, immunofluorescence) JAK2/STAT3抑制剂WP1066和STAT3 siRNA对PD-L1表达的影响 共培养体系中Jurkat细胞活力、凋亡及IL-2/IFN-γ水平的变化,以及体内肿瘤生长和生存期

摘要

背景:胶质母细胞瘤(GBM)以免疫逃逸为特征,是最恶性的原发性脑肿瘤,具有强烈的免疫抑制作用。程序性死亡配体-1(PD-L1)是肿瘤细胞表面公认的免疫抑制分子,在肿瘤免疫逃逸中发挥关键作用。实际上,关于GBM中PD-L1表达的调控知之甚少。胰岛素样生长因子结合蛋白3(IGFBP3)在GBM中上调,并与患者预后不良相关。然而,IGFBP3是否在GBM中调控PD-L1表达中的作用仍不清楚。方法:使用CIBERSORT算法研究IGFBP3在胶质瘤免疫微环境中的作用。使用TCGA和CGGA数据库分析IGFBP3与PD-L1表达的相关性。使用qRT-PCR、免疫印迹和RNA-seq检测IGFBP3对PD-L1表达的调控作用。采用共培养实验、细胞计数试剂盒(CCK-8)、qRT-PCR、ELISA和流式细胞术探讨IGFBP3诱导免疫抑制的功能。使用免疫组织化学、免疫荧光和小鼠原位肿瘤模型验证IGFBP3的生物学作用。结果:在本研究中,我们分析了胶质瘤中的免疫细胞浸润,发现IGFBP3可能与免疫抑制微环境相关。然后,通过分析TCGA和CGGA数据库,我们的结果表明在GBM患者中IGFBP3和PD-L1表达呈正相关,但在LGG患者中无显著相关。在不同GBM细胞系中进行的体外实验表明,IGFBP3的过表达导致PD-L1表达增加,而敲低IGFBP3可逆转这一效应。机制上,IGFBP3激活JAK2/STAT3信号通路,导致PD-L1表达增加。此外,共培养实验结果表明,IGFBP3过表达诱导的PD-L1表达上调促进了Jurkat细胞的凋亡,而IGFBP3抗体和PD-L1抑制剂可阻断该效应。重要的是,靶向IGFBP3的体内实验抑制了肿瘤生长并显著延长了小鼠的生存期。结论:本研究证明IGFBP3是GBM中PD-L1表达的新型调节因子,并确定了IGFBP3通过PD-L1调节免疫逃逸的新机制,提示IGFBP3可能成为GBM治疗的潜在新靶点。

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
IGFBP3是否调控GBM中PD-L1表达及其机制,以及IGFBP3在GBM免疫逃逸中的作用。
核心机制
IGFBP3通过激活JAK2/STAT3信号通路磷酸化,上调PD-L1表达,从而促进T细胞凋亡和免疫抑制。
主要证据
在GBM细胞系中过表达或敲低IGFBP3影响PD-L1水平;RNA-seq和KEGG富集显示JAK-STAT通路活化;共培养实验中IGFBP3诱导的PD-L1上调促进Jurkat细胞凋亡并降低IL-2和IFN-γ水平;体内实验敲低IGFBP3抑制肿瘤生长并延长小鼠生存期。
研究意义
IGFBP3是GBM中PD-L1表达的新调节因子,可能是GBM治疗的潜在新靶点。

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

临床样本数据库分析

探索IGFBP3与PD-L1表达及免疫细胞浸润的相关性。

使用CIBERSORT算法分析CGGA数据库中IGFBP3高表达组和低表达组的免疫细胞浸润差异;利用TCGA和CGGA数据库分析IGFBP3与PD-L1表达的相关性及对患者生存的影响。

2

体外IGFBP3调控PD-L1表达验证

验证IGFBP3对PD-L1表达的调控作用。

用不同浓度和时间的外源IGFBP3处理U251和U118细胞,检测IGFBP3和PD-L1表达;构建IGFBP3过表达和敲低的GBM细胞系,通过qRT-PCR和免疫印迹检测PD-L1表达变化。

3

机制验证:JAK2/STAT3通路

探究IGFBP3调控PD-L1表达的分子机制。

对U251-vector和U251-IGFBP3细胞进行RNA-seq,KEGG富集分析;检测IGFBP3过表达或敲低细胞中p-JAK2、p-STAT3和PD-L1的表达;使用JAK2/STAT3抑制剂WP1066和STAT3 siRNA处理,进一步验证通路参与。

4

体外共培养免疫抑制实验

验证IGFBP3通过上调PD-L1促进T细胞凋亡和免疫抑制。

将GBM细胞与Jurkat细胞共培养,检测Jurkat细胞活力、凋亡、IL-2和IFN-γ的表达及分泌水平;用IGFBP3抗体和PD-L1抑制剂进行阻断。

5

体内动物实验

验证敲低IGFBP3对肿瘤生长和生存期的影响。

建立GL261-shIGFBP3稳定敲低细胞系,注入C57BL/6J小鼠脑内(原位肿瘤模型),观察肿瘤生长和生存期;免疫组化检测IGFBP3、PD-L1和CD31表达。

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
IGFBP3Pepro-TechAF-100-08
人IGFBP-3抗体Bio-TechneAF675-SP
WP1066SelleckS2796
BMS-1166MCEHY-102011
二甲基亚砜SolarbioD8371
细胞计数试剂盒-8ElabscienceE-CK-A362
Annexin V-FITC和PIElabscienceE-CK-A211
Lipofectamine 2000Invitrogen11668-019
DAPIBeyotime BiotechnologyC1002
嘌呤霉素Sigma-Aldrich540222
人IL-2 ELISA试剂盒MultiSciencesEK102-48
人IFN-γ ELISA试剂盒MultiSciencesEK180-48
TRIzol试剂Invitrogen15596018
VAHTS Universal V6 RNA-seq文库制备试剂盒----
Illumina Novaseq 6000测序平台Illumina--
Olympus IX81显微镜Olympus--
ZEISS LSM 510 META共聚焦显微镜Carl Zeiss--
酶标仪(DMI3000)Leica--
流式细胞仪(Beckman)Beckman--

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
临床数据库分析
TCGA与CGGA数据库的样本类型(LGG和GBM)及数量;IGFBP3与PD-L1表达的相关性系数和P值;生存分析的患者分组标准。
阅读提示:参见Methods中“Gene expression data and clinical data”及图1B-E
细胞培养及IGFBP3处理
细胞系来源(ATCC);外源IGFBP3的浓度(0, 25, 50, 100 ng/mL)和处理时间(0, 12, 24, 48 h);培养基和培养条件(文中未明确具体培养基)。
阅读提示:参见Methods中“Cell lines and reagents”及图2A-B
IGFBP3过表达/敲低
慢病毒感染时细胞密度(30%-40%);筛选浓度(2 μg/mL嘌呤霉素);siRNA和shRNA序列;转染时间(48小时)。
阅读提示:参见Methods中“siRNA transfection”和“Lentivirus infection”
机制研究(JAK2/STAT3)
RNA-seq数据分析中差异表达基因的阈值(Q value<0.05, foldchange>1.5);JAK2/STAT3抑制剂WP1066的使用浓度(文中未明确具体浓度,但提到使用);STAT3 siRNA的使用。
阅读提示:参见Methods中“RNA-sequencing”和“siRNA transfection”以及图3G-H
共培养实验
Jurkat细胞活化条件(PMA 20 ng/mL和ionomycin 500 ng/mL处理12小时);共培养比例(4:1)和时间(24小时);IGFBP3抗体和PD-L1抑制剂的使用浓度(文中未明确,但提及使用)。
阅读提示:参见Results中“IGFBP3 induces immunosuppression in in-vitro co-culture system”及图4
动物实验
小鼠品系、性别和年龄(4周龄雌性C57BL/6J);每组数量(20只);细胞注射数量(1×10^6);注射位置(尾状核);肿瘤观察时间(21天)及生存期记录标准(无法进食或体重下降>20%)。
阅读提示:参见Methods中“Mice orthotopic tumor model”及图5C-D