悬浮状态通过上调环氧化酶-2促进乳腺癌细胞的转移

Suspension state promotes metastasis of breast cancer cells by up-regulating cyclooxygenase-2.

作者信息Xiaomei Zhang, Li Yang, Shu Chien, Yonggang Lv
PMID30083255
发布时间2018-06-12
DOI10.7150/thno.25434

实验完整度

高

包含体外细胞功能实验(增殖、凋亡、迁移、侵袭)、体内异种移植和实验性肺转移模型、RNA-seq转录组分析、siRNA敲低及抑制剂验证,以及机制研究(Ca2+/CaN/NFAT通路和细胞骨架)。

主要模型

乳腺癌细胞系MDA-MB-231 乳腺癌细胞系SK-BR-3 裸鼠异种移植瘤模型 裸鼠实验性肺转移模型

重点核对

悬浮培养使用低粘附板(Poly-HEMA包被),细胞密度为5×10^4 cells/mL,培养3天 迁移实验使用8μm孔径Transwell小室,细胞数2.5×10^4,培养6小时 侵袭实验使用Matrigel包被(1:15稀释),细胞数5×10^4,培养24小时 实验性肺转移模型:尾静脉注射5×10^5细胞,28天后计数肺转移结节 COX-2抑制剂塞来昔布处理浓度为1μM,处理1天

摘要

血行转移要求肿瘤细胞从原发肿瘤脱离进入血液/淋巴循环并外渗。血液循环系统中的肿瘤细胞,称为循环肿瘤细胞(CTCs),处于悬浮状态,具有不同于原发肿瘤细胞的独特细胞骨架结构和分子表型。本研究旨在评估悬浮状态对乳腺癌细胞(BCCs)转移潜能的影响,并研究其潜在机制。方法:将BCCs培养在低粘附板上模拟悬浮状态。常规贴壁培养的BCCs作为对照。本研究在体外和体内检测了贴壁和悬浮BCCs的转移潜能。使用RNA测序分析、siRNA和抑制剂来确定潜在的分子机制。结果:悬浮状态显著增加了BCCs的转移潜能,但略微抑制了其肿瘤生长。RNA测序分析显示,悬浮状态导致获得独特的分子特征,富集于促转移和肿瘤抑制基因。具体而言,前列腺素内过氧化物合酶2(PTGS2),编码蛋白环氧化酶-2(COX-2),被鉴定为在悬浮状态相比于贴壁培养的BCCs中高度上调的基因。通过塞来昔布抑制COX-2的催化活性显著抑制了悬浮状态增加的BCCs迁移和侵袭。此外,通过siRNA敲低COX-2减少了悬浮培养BCCs的实验性肺转移形成,这与BCCs在小鼠肺中的滞留和存活在转移早期阶段显著减少有关。Ca2+/钙调神经磷酸酶(CaN)/活化T细胞核因子(NFAT)通路的激活和细胞骨架的破坏有助于悬浮状态诱导的COX-2上调。结论:我们的结果表明,悬浮状态在CTCs的转移潜能中发挥重要作用,并提示COX-2抑制剂在抗转移方面的潜在应用。

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
悬浮状态(模拟循环肿瘤细胞)是否影响乳腺癌细胞的转移潜能,其潜在机制是什么?
核心机制
悬浮状态通过激活Ca2+/CaN/NFAT2信号通路和破坏细胞骨架,上调COX-2表达,进而通过PGE2信号促进乳腺癌细胞的迁移、侵袭和存活,从而增强其转移潜能。
主要证据
体外实验显示悬浮培养的MDA-MB-231和SK-BR-3细胞迁移和侵袭能力增强;体内实验显示悬浮培养的MDA-MB-231细胞肺转移结节显著增多;RNA-seq和qRT-PCR证实COX-2上调;COX-2抑制剂或siRNA敲低抑制了悬浮诱导的迁移、侵袭和肺转移。
研究意义
研究揭示了悬浮状态在循环肿瘤细胞转移中的重要作用,为COX-2抑制剂用于抗转移提供了理论依据。

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

悬浮状态细胞模型的建立与功能表征

模拟循环肿瘤细胞的悬浮状态,并检测其对乳腺癌细胞增殖、凋亡、存活、迁移和侵袭的影响。

使用Poly-HEMA包被培养板培养MDA-MB-231和SK-BR-3细胞,通过流式细胞术检测细胞周期和凋亡,MTS检测增殖和存活,Transwell检测迁移和侵袭,克隆形成实验检测克隆形成能力。

2

体内肿瘤生长和转移评估

验证悬浮状态对肿瘤生长和转移的影响。

将贴壁或悬浮培养的MDA-MB-231细胞注入裸鼠,通过异种移植模型评估肿瘤生长,通过尾静脉注射评估实验性肺转移。

3

转录组分析鉴定差异表达基因

揭示悬浮状态下乳腺癌细胞分子表型变化,寻找关键促转移基因。

对贴壁和悬浮培养的MDA-MB-231细胞进行RNA-seq,分析差异表达基因并富集功能通路,通过qRT-PCR和Western blot验证关键基因表达。

4

COX-2功能验证(体外和体内)

验证COX-2在悬浮状态促进迁移、侵袭和转移中的作用。

使用COX-2抑制剂塞来昔布处理评估迁移侵袭变化;使用siRNA敲低COX-2,评估体外增殖、凋亡和克隆形成,以及体内肺转移形成。

5

机制研究:Ca2+/CaN/NFAT通路与细胞骨架

阐明悬浮状态上调COX-2的分子机制。

检测悬浮状态下细胞内Ca2+水平,使用Ca2+通道抑制剂LaCl3和CaN抑制剂CsA处理,检测NFAT2表达和核积累;使用细胞松弛素D破坏细胞骨架,检测COX-2表达和NFAT2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
DMEM培养基Gibco12800-017
胎牛血清TBD scienceTBD21HY
L-谷氨酰胺SigmaG8540
聚甲基丙烯酸羟乙酯SigmaP3932
MTS试剂PromegaG5421
细胞周期分析试剂盒BeyotimeC1052
Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒NeobioscienceFAK015.60
基质胶BD354234
Trizol试剂Ambion15596-026
Truseq RNA样本制备试剂盒IlluminaRS-122-2203
Illumina 2000测序仪Illumina--
ReverAid第一链cDNA合成试剂盒FermentasK1622
SYBR Green PCR试剂TakaraRR820A
CFX96实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad--
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
SuperSignal West Femto最大灵敏度底物Thermo Scientific34095
抗COX-2抗体Cell Signaling Technology12282
抗NFAT2抗体Abcamab177464
抗ICAM-1抗体Santa Cruzsc8439
抗MUC1抗体Santa Cruzsc7313
抗FN抗体Abcamab6328
抗Lamin B抗体Santa Cruzsc6217
抗GAPDH抗体Santa Cruzsc25778
Fluo-3AMBeyotimeS1056
Lipofectamine 2000转染试剂InvItrogen11668-019
3-氨丙基三乙氧基硅烷Sigma-AldrichA3648
硫代-SANPAHPierce Biotechnology22589
罗丹明标记的鬼笔环肽Molecular ProbesR415
细胞松弛素DMillipore250255
Y27632SelleckS1049
环孢素ASelleckS1514
塞来昔布SelleckS1261
氯化镧Sigma-Aldrich449830
前列腺素E2Peprotech3632464
抗裂解caspase 3抗体Abcamab32042
SP检测试剂盒Zhongshan Golden Bridge BiotechnologySP-9001
DAB过氧化物酶底物试剂盒Zhongshan Golden Bridge BiotechnologyZLI-9017

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
悬浮培养模型
低粘附板包被Poly-HEMA的浓度(100 mg/mL),细胞接种密度(5×10^4 cells/mL),培养时间(3天)
阅读提示:Methods - Cell lines and culture
迁移和侵袭实验
细胞数量(迁移2.5×10^4,侵袭5×10^4),Transwell孔径(8μm),培养时间(迁移6h,侵袭24h),Matrigel稀释比例(1:15)
阅读提示:Methods - Migration and invasion assays
实验性肺转移模型
细胞数量(5×10^5),注射方式(尾静脉),观察时间(28天),肺转移结节计数方法
阅读提示:Methods - In vivo tumor models
COX-2敲低实验
siRNA转染浓度(100 pmol),转染试剂(Lipofectamine 2000),悬浮培养前转染时间(6h),敲低效率(>80%)
阅读提示:Methods - RNAi
机制研究(Ca2+/CaN/NFAT)
Ca2+探针(Fluo-3AM 2.5μM),抑制剂浓度(LaCl3 100μM,CsA 1μg/mL),细胞骨架破坏剂CytoD浓度(0.5μM)
阅读提示:Methods - Intracellular calcium ion detection, Figure 6 and 7 legends