缺氧诱导的NOS1作为高胆固醇血症相关结直肠癌的治疗靶点

Hypoxia-induced NOS1 as a therapeutic target in hypercholesterolemia-related colorectal cancer.

作者信息Weiqing Qiu, Li Zhao, Hua Liu, Ping Xu, Changlin Qian
PMID38755702
发布时间2024-05-17
DOI10.1186/s40170-024-00338-2

实验完整度

包含体外细胞实验、小鼠异种移植模型、AOM/DSS化学致癌模型、患者样本TCGA分析及ChIP-qPCR和荧光素酶报告实验等功能和机制验证。

主要模型

HCT116、SW480、LoVo结直肠癌细胞系 ApoE−/−小鼠高胆固醇血症模型 HCT116异种移植裸鼠模型 AOM/DSS诱导的结直肠癌小鼠模型

重点核对

oxLDL处理浓度(0, 1, 5, 10 μg/ml)和时间(24小时) NOS1抑制剂Nω-丙基-L-精氨酸给药剂量(1 g/L饮水,约18 mg/kg) L-NAME给药剂量(1 g/L饮水,约18 mg/kg) AOM/DSS模型处理方案(15 mg/kg AOM每周一次,连续3周;2% DSS饮水5天) ChIP-qPCR中HIF-1α抗体使用

摘要

背景 众所周知,高胆固醇血症会增加动脉粥样硬化的风险,特别是因为它降低了一氧化氮(NO)的可用性。然而,高胆固醇血症与NO在调控结直肠癌发展和进展中的关系仍不清楚。 方法 我们进行了生物信息学分析、qRT-PCR、ChIP-qPCR实验、荧光素酶报告实验、克隆形成存活实验和多种小鼠模型,以研究高胆固醇血症调控NO信号的功能和机制。此外,使用NOS抑制剂评估治疗策略在抗肿瘤反应中的潜力。 结果 在这里,我们显示氧化低密度脂蛋白(oxLDL)胆固醇及其受体LOX-1对高胆固醇血症诱导的结直肠肿瘤发生至关重要。机制上,oxLDL促进氧化应激依赖性缺氧信号的诱导,从而转录上调NO合酶(NOS)尤其是结直肠癌(CRC)细胞中NOS1的表达。更重要的是,我们的结果表明,用其特异性抑制剂Nω-丙基-L-精氨酸选择性抑制NOS1是高胆固醇血症相关CRC的合适治疗策略,兼具疗效和毒性降低。 结论 我们的发现确立了高胆固醇血症在CRC细胞中诱导氧化应激依赖性缺氧信号的诱导,从而转录上调NOS1表达,并且临床适用的NOS1抑制剂Nω-丙基-L-精氨酸代表了高胆固醇血症相关CRC的有效治疗策略。

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
高胆固醇血症如何通过NO信号调控结直肠癌的发生发展,以及是否可作为治疗靶点?
核心机制
高胆固醇血症通过oxLDL/LOX-1轴诱导氧化应激依赖性缺氧信号,HIF-1α直接结合NOS1启动子中的HRE,转录上调NOS1表达,从而促进CRC生长和存活。
主要证据
体外实验(CCK-8、克隆形成)显示oxLDL促进HCT116细胞生长,LOX-1敲低抑制该效应;体内异种移植和AOM/DSS模型显示高胆固醇血症增加肿瘤负荷,NOS1抑制剂Nω-丙基-L-精氨酸逆转肿瘤生长;ChIP-qPCR和荧光素酶报告实验证实HIF-1α直接结合并激活NOS1转录。
研究意义
作者提出选择性抑制NOS1(如Nω-丙基-L-精氨酸)是高胆固醇血症相关CRC的有效治疗策略,兼具疗效和毒性降低。

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

高胆固醇血症促进结直肠肿瘤发生模型建立

验证高胆固醇血症是否增加结直肠肿瘤发生率及严重程度。

使用AOM/DSS诱导ApoE−/−和WT小鼠结直肠肿瘤,统计肿瘤数量和病理分期,并通过Ki-67免疫组化检测增殖。

2

oxLDL/LOX-1轴功能验证

验证oxLDL及其受体LOX-1是否介导高胆固醇血症促进CRC。

在HCT116细胞中敲低LOX-1,用oxLDL处理,检测细胞活力、克隆形成和异种移植瘤生长。

3

NO/NOS信号在高胆固醇血症中的作用验证

验证oxLDL是否上调NO/NOS信号,以及抑制NOS能否抑制高胆固醇血症诱导的CRC。

用oxLDL处理HCT116细胞检测NO生成和NOS表达;用L-NAME处理细胞和AOM/DSS模型小鼠,观察细胞活力和肿瘤负荷。

4

缺氧信号激活验证

验证高胆固醇血症是否通过氧化应激激活缺氧信号进而上调NOS表达。

免疫荧光检测HIF-1α表达,DCFH-DA检测ROS,荧光素酶报告检测HIF转录活性,并用digoxin抑制HIF-1α观察NOS表达变化。

5

NOS1作为HIF-1α直接靶点验证

验证HIF-1α是否直接结合NOS1启动子并调控其转录。

通过ChIP-qPCR检测HIF-1α与NOS1启动子结合,荧光素酶报告实验检测HRE突变的影响。

6

NOS1抑制剂治疗效果验证

验证选择性NOS1抑制剂Nω-丙基-L-精氨酸能否抑制高胆固醇血症相关CRC生长。

体外用Nω-丙基-L-精氨酸处理oxLDL刺激的HCT116细胞,检测增殖和克隆形成;体内用HCD诱导的异种移植模型观察肿瘤生长和毒性。

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
氧化偶氮甲烷SigmaA5486
葡聚糖硫酸钠Yeasen60316
L-NAMEMedChemExpressHY-18729
Nω-丙基-L-精氨酸MedChemExpressHY-102062
氧化低密度脂蛋白Yeasen20605ES05
抗Ki-67抗体Abcamab15580
抗HIF-1α抗体Abcamab179483
Alexa Fluor 647偶联二抗Abcamab150075
DAPISigmaD9542
TRIZOL试剂Thermo Fisher15596018
SuperScript™ III逆转录酶Invitrogen18080051
SYBR Green预混液Roche4913914001
LightCycler 480仪器----
小鼠oxLDL ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0066c
CCK-8试剂盒MedChemExpressHY-K0301
微板读取器Thermo Fisher Scientific--
抗HIF-1α抗体Cell Signaling Technology36169
兔IgGSanta Cruz Biotechnologysc-2027
PCR纯化试剂盒Qiagen28106
双荧光素酶检测试剂盒PromegaE1910
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen--
pLKO.1-puro载体Addgene8453
RPMI 1640培养基----
DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素----
链霉素----
谷氨酰胺----

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
AOM/DSS诱导的结直肠癌模型
小鼠品系(ApoE−/−或WT C57/BL6J)、年龄(3月龄)、性别(雄性)、AOM剂量(15 mg/kg体重,每周一次,连续3周)、DSS浓度(2%饮水5天)、处死时间(AOM最后一次注射后15周)
阅读提示:见Methods中“Mice”部分
异种移植模型
细胞系(HCT116)、细胞数量(1×10^6)、小鼠品系(4-6周龄雄性裸鼠)、肿瘤体积计算方式(0.52×L×W^2)、药物处理起始时间(肿瘤大小达到0.15 cm^3)
阅读提示:见Methods中“Xenograft Models”部分
oxLDL处理
oxLDL浓度(0, 1, 5, 10 μg/ml)、处理时间(24小时)
阅读提示:见Results中“NO/NOS signaling is upregulated...”部分及图3
药物处理(L-NAME和Nω-Propyl-L-arginine)
给药途径(饮水)、给药剂量(1 g/L)、对应动物剂量(约18 mg/kg)
阅读提示:见Methods中“Mice”部分
ChIP-qPCR
细胞(HCT116)、甲醛交联浓度(1%)和时间(15分钟)、甘氨酸淬灭浓度(125 mM)和时间(10分钟)、抗体(HIF-1α抗体,CST #36169;阴性对照兔IgG)
阅读提示:见Methods中“Chromatin immunoprecipitation (ChIP)”部分
荧光素酶报告实验
细胞(HCT116)、质粒(pGL4.10-basic、NOS1-HRE-WT、NOS1-HRE-Del)、oxLDL处理浓度(未明确)和时间(12小时)
阅读提示:见Methods中“Luciferase reporter assay”部分