GCH1通过代谢重编程和IDO1上调在三阴性乳腺癌中诱导免疫抑制

GCH1 induces immunosuppression through metabolic reprogramming and IDO1 upregulation in triple-negative breast cancer

作者信息Jin-Li Wei, Si-Yu Wu, Yun-Song Yang, Yi Xiao, Xi Jin, Xiao-En Xu, Xin Hu, Da-Qiang Li, Yi-Zhou Jiang, Zhi-Ming Shao
PMID34281987
发布时间2021-07
DOI10.1136/jitc-2021-002383

实验完整度

结合多队列RNA-seq关联分析、体外细胞实验、体内小鼠模型、代谢组学、机制验证及联合治疗实验,多层级验证GCH1功能。

主要模型

BT549、Hs578T、MDA-MB-453、4T1细胞系 BALB/c小鼠同系乳腺癌模型 FUSCC、METABRIC、TCGA TNBC队列

重点核对

GCH1表达与Tregs浸润的正相关性(FUSCC、METABRIC、TCGA队列) GCH1过表达/敲低对Tregs浸润、凋亡和PD-1表达的影响(体外共培养和体内模型) GCH1对色氨酸代谢和5-HTP积累的影响(LC-MS/MS代谢组学) 5-HTP通过AHR结合IDO1启动子调控IDO1转录(ChIP-qPCR和荧光素酶报告基因) DAHP对GCH1抑制及与PD-1阻断联合的抗肿瘤效果(体内模型)

摘要

目的 调节性T细胞(Tregs)大量浸润三阴性乳腺癌(TNBC),其积累受癌细胞代谢重编程的影响。在本研究中,我们试图鉴定与TNBC中Tregs浸润相关的癌细胞内在代谢调节因子。 实验设计 使用来自我们研究所的RNA测序数据(n=360)和分子分类学国际联盟TNBC队列(n=320),我们计算了每个样本中Tregs的丰度,并评估了基因表达水平与Tregs浸润之间的相关性。然后,我们进行了体内和体外实验以验证这种相关性并探索其潜在机制。 结果 我们发现GTP环化水解酶1(GCH1)的表达与Tregs浸润呈正相关,且GCH1高表达与TNBC中总生存期缩短相关。体内和体外实验表明,GCH1增加了Tregs浸润,减少了凋亡,并升高了程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)阳性比例。代谢组学分析表明,GCH1过表达重编程了色氨酸代谢,导致细胞质中L-5-羟色氨酸(5-HTP)积累,同时上清液中犬尿氨酸积累和色氨酸减少。随后,由5-HTP激活的芳香烃受体结合到吲哚胺2,3-双加氧酶1(IDO1)的启动子上,从而增强了IDO1的转录。此外,2,4-二氨基-6-羟基嘧啶(DAHP)对GCH1的抑制降低了IDO1的表达,减弱了肿瘤生长,并增强了肿瘤对PD-1阻断免疫疗法的反应。 结论 肿瘤细胞内在的GCH1通过代谢重编程和IDO1上调在TNBC中诱导免疫抑制。DAHP抑制GCH1可作为TNBC的一种潜在免疫代谢策略。 关键词:免疫疗法;乳腺肿瘤;吲哚胺吡咯2,3-双加氧酶;淋巴细胞;肿瘤浸润

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
TNBC中癌细胞内在的代谢调节因子是否与Tregs浸润相关,其机制及治疗潜力如何?
核心机制
GCH1通过重编程色氨酸代谢,增加细胞内5-HTP,激活AHR,进而结合IDO1启动子促进其转录,导致IDO1上调,最终诱导免疫抑制。
主要证据
多队列分析显示GCH1与Tregs浸润正相关;体内外实验证实GCH1促进Tregs浸润并抑制凋亡;代谢组学和机制研究表明5-HTP激活AHR并直接调控IDO1表达;DAHP抑制GCH1可增强PD-1阻断疗效。
研究意义
揭示GCH1作为TNBC免疫代谢靶点的潜力,DAHP抑制GCH1与免疫治疗联合可能是一种有前景的治疗策略。

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

多队列筛选与临床关联分析

筛选与TNBC中Tregs浸润相关的代谢基因。

利用FUSCC和METABRIC TNBC队列的RNA-seq数据计算Tregs丰度,筛选与浸润相关的代谢基因,并验证GCH1表达与生存及Tregs浸润的关系。

2

体内外验证GCH1对Tregs的影响

验证GCH1对Tregs浸润、凋亡和PD-1表达的作用。

在4T1细胞中敲低或过表达GCH1,注入BALB/c小鼠,检测肿瘤生长和Tregs浸润;体外共培养人Tregs与乳腺癌细胞,检测凋亡和PD-1。

3

代谢组学分析色氨酸代谢变化

探索GCH1过表达引起的代谢改变,特别是色氨酸代谢。

对GCH1过表达的BT549细胞进行LC-MS/MS分析,检测代谢物变化,发现5-HTP和犬尿氨酸积累。

4

机制验证:5-HTP-AHR-IDO1轴

阐明GCH1上调IDO1的分子机制。

通过ChIP-qPCR和荧光素酶报告基因验证AHR与IDO1启动子结合,并确认5-HTP激活AHR。

5

DAHP治疗及联合PD-1阻断的体内实验

评估GCH1抑制对肿瘤生长和免疫微环境的影响。

对荷瘤小鼠给予DAHP和/或抗PD-1治疗,检测肿瘤生长及免疫细胞变化。

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
GCH1抗体Santa Cruz271482
AHR抗体Abcamab190797
含DAPI封片剂Abcamab104139
Ficoll分离液SolarbioP8900
CD4+CD25+CD127dim/−调节性T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-094-775
白细胞介素2BioLegend589106
抗CD3抗体BioLegend300314
抗CD28抗体BioLegend302934
0.4 µm孔径Transwell系统Corning3413
抗CD25抗体BioXcellBP0012
同型对照IgG1BioXcellBP0088
2,4-二氨基-6-羟基嘧啶Sigma-AldrichD19206
抗PD-1抗体BioXcellBP0273
大鼠IgG2a同型对照BioXcellBP0089
I型胶原酶Sigma-AldrichSCR103
透明质酸酶Sigma-AldrichH1136
脱氧核糖核酸酶IRocheRN4501
红细胞裂解液BioLegend420302
抗小鼠CD45抗体BioLegend103128
抗小鼠CD3抗体BioLegend100222
抗小鼠CD4抗体BioLegend100422
抗小鼠CD8a抗体BioLegend100708
抗小鼠PD-1抗体BioLegend135210
抗小鼠CD25抗体BioLegend101912
抗人CD4抗体BioLegend357409
抗人CD25抗体BioLegend302625
抗人PD-1抗体BioLegend329908
抗FOXP3抗体BioLegend320008
Foxp3/转录因子染色缓冲液套装eBioscience00-5523-00
抗小鼠IFN-γ抗体BioLegend505810
细胞活化混合物BioLegend423303
Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒Yeasen40302ES60
活性氧检测试剂盒BeyotimeS0033S
TRIzol试剂Invitrogen15596018
PrimeScript RT预混液TaKaRaRR036
SYBR Premix Ex TaqTaKaRaRR420
四氢生物蝶呤Sigma-AldrichT4425
L-5-羟色氨酸MedChemExpressHY-N0122
血清素MedChemExpressHY-B1473
N-乙酰-5-羟色胺MedChemExpressHY-107854
褪黑素MedChemExpressHY-B0075
pCDH-CMV-MCS-EF1-puro质粒System Biosciences--
pLKO.1载体----
KOD-Plus定点突变试剂盒TOYOBOSMK-101
Neofect DNA转染试剂TengyiBioTF201201
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Thermo Fisher Scientific13778030
GCH1抗体Abcamab264392
IDO1抗体Proteintech13268-1-AP
AHR抗体Proteintech17840-1-AP
HDAC1抗体Proteintech10197-1-AP
GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
Flag抗体Sigma-AldrichF1804
Vinculin抗体Abcamab129002
核浆蛋白提取试剂Thermo Fisher Scientific78833
SimpleChIP酶法染色质免疫沉淀试剂盒Cell Signaling Technology9002S
AHR抗体Cell Signaling Technology83200
抗兔IgG抗体Cell Signaling Technology2729
双荧光素酶报告基因检测试剂盒PromegaE1910
CCK-8溶液VazymeA311-01
BH4 ELISA试剂盒MyBioSourceMBS733839

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
临床样本分析
队列样本量(FUSCC n=360,METABRIC n=320),数据来源和患者知情同意
阅读提示:Methods 中的 Clinical samples 部分
细胞系培养
细胞系名称(BT549, Hs578T, MDA-MB-453, 4T1, HEK293T),来源(ATCC),培养条件(培养基、血清、添加剂)
阅读提示:Methods 中的 Cell culture, treatment, and transfection 部分
Tregs分离与共培养
PBMC分离方法(Ficoll密度梯度),Tregs纯化试剂盒,刺激条件(anti-CD3/CD28、IL-2),共培养比例和时间(5:1,48小时)
阅读提示:Methods 中的 Human Tregs isolation and coculture system 部分
动物实验
小鼠品系(BALB/c),年龄(6-8周),性别(雌性),细胞注射量(5×10^5或3×10^5),肿瘤体积计算方式
阅读提示:Methods 中的 Animal experiments and treatment protocol 部分
药物处理
DAHP浓度(体外0.25-4mM,体内100mg/kg每日两次),5-HTP浓度(0.25-2mM),处理时间
阅读提示:Methods 中的 Cell culture, treatment, and transfection 部分和结果部分
流式细胞术
抗体克隆号、稀释度、染色方案,Tregs和CD8+ T细胞门控策略,凋亡检测试剂盒
阅读提示:Methods 中的 Flow cytometry 部分
代谢组学分析
样本数量(107细胞/样本、50μL上清、25mg组织),LC-MS/MS仪器平台和提取方法
阅读提示:Methods 中的 Liquid chromatography with tandem mass spectrometry (LC–MS/MS) analysis 部分
统计分析
统计方法(Pearson相关、t检验、ANOVA),显著性阈值(P<0.05),重复次数(至少3次)
阅读提示:Methods 中的 Statistical analysis 部分