利用BH3模拟物靶向免疫球蛋白轻链淀粉样变性的内源性和治疗诱导的凋亡易感性

Exploiting endogenous and therapy-induced apoptotic vulnerabilities in immunoglobulin light chain amyloidosis with BH3 mimetics.

作者信息Cameron S Fraser, Johan K E Spetz, Xingping Qin, Adam Presser, Jonathan Choiniere, Chendi Li, Stacey Yu, Frances Blevins, Aaron N Hata, Jeffrey W Miller, Gary A Bradshaw, Marian Kalocsay, Vaishali Sanchorawala, Shayna Sarosiek, Kristopher A Sarosiek
PMID36184661
发布时间2022-10
DOI10.1038/s41467-022-33461-z

实验完整度

高

含患者原代样本BH3谱分析、细胞系体外功能验证、siRNA机制验证、异种移植瘤体内验证及蛋白质组学分析

主要模型

AL淀粉样变性患者骨髓来源的克隆性浆细胞 ALMC-1细胞系(AL淀粉样变性) ALMC-2细胞系(多发性骨髓瘤) ALMC-1异种移植瘤NSG小鼠模型

重点核对

患者骨髓单个核细胞经Ficoll-Paque分离后进行BH3谱分析,BH3肽暴露60分钟,以细胞色素c释放评估MOMP 离体化学敏感性检测:细胞以500,000细胞/mL培养,药物处理24或48小时后以Annexin V和CD138染色流式检测 ALMC-1异种移植:皮下注射106个细胞于matrigel,肿瘤体积达150 mm3起始治疗,疗程4周 ABT-199以100 mg/kg每日口服灌胃,硼替佐米以0.8 mg/kg隔日腹腔注射 免疫印迹和质谱每组实验仅进行一次,其他实验至少三次重复(除非另注明)

摘要

免疫球蛋白轻链(AL)淀粉样变性是一种不可治愈的血液系统疾病,典型特征为克隆性浆细胞产生致淀粉样变的轻链。这些轻链在健康组织中错误折叠并聚集成淀粉样纤维,导致危及生命的多器官功能障碍。本研究表明,AL淀粉样变性中的克隆性浆细胞高度预激(primed)进入凋亡,并依赖促生存蛋白MCL-1和BCL-2。值得注意的是,这种MCL-1依赖性可被蛋白酶体抑制剂硼替佐米间接靶向——硼替佐米是该病及相关浆细胞疾病多发性骨髓瘤当前的标准治疗——其机制是上调促凋亡蛋白Noxa并使其与MCL-1抑制性结合。BCL-2抑制剂使克隆性浆细胞对多种一线治疗(包括硼替佐米、地塞米松和来那度胺)敏感化。引人注目的是,在携带AL淀粉样变细胞系异种移植瘤的小鼠中,单药BCL-2抑制剂ABT-199(维奈克拉)治疗产生的缓解比硼替佐米更深,并使中位生存期延长至三倍。基于质谱的蛋白质组学分析揭示,在同基因的AL淀粉样变性和多发性骨髓瘤细胞之间,调控凋亡、增殖和线粒体代谢的信号通路发生重连,从而差异性地改变其对治疗的敏感性。这些发现为利用BH3模拟物靶向AL淀粉样变性的内源性和诱导性凋亡易感性提供了路线图。

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
AL淀粉样变性克隆性浆细胞的凋亡调控状态、对促生存蛋白的依赖性,以及BH3模拟物能否作为治疗策略靶向这些凋亡易感性。
核心机制
克隆性浆细胞依赖MCL-1和BCL-2生存;硼替佐米通过上调Noxa使其抑制性结合MCL-1,间接靶向MCL-1依赖性,并增加对BCL-2的依赖,从而与BCL-2抑制剂协同增强凋亡。
主要证据
58例患者骨髓样本BH3谱分析和离体化学敏感性检测显示对ABT-199和S63845敏感且与BH3谱相关;ALMC-1/ALMC-2细胞系免疫印迹、免疫共沉淀和siRNA敲低验证Noxa和BIM的作用;ALMC-1异种移植小鼠中ABT-199单药使中位生存期延长至三倍;质谱蛋白质组学揭示AL与MM细胞间信号通路重连差异。
研究意义
为利用BH3模拟物靶向AL淀粉样变性的内源性和诱导性凋亡易感性提供路线图,并提示BH3谱分析等生物标志物可用于指导治疗分配和临床试验设计。

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

患者原代克隆性浆细胞的凋亡预激与促生存蛋白依赖性分析

明确AL淀粉样变性克隆性浆细胞的凋亡调控状态和对BCL-2家族促生存蛋白的依赖性

收集患者骨髓穿刺液,Ficoll-Paque分离单个核细胞,进行BH3谱分析,以BIM、BID、PUMA等BH3肽刺激后流式检测细胞色素c释放,并用BAD BH3、HRK BH3和MS1肽评估对BCL-2/BCL-W/BCL-XL和MCL-1的依赖性

2

BH3模拟物单药及联合的离体化学敏感性验证

验证克隆性浆细胞对BH3模拟物单药及与标准治疗联合的敏感性

将骨髓单个核细胞离体培养,分别用ABT-199、ABT-263、S63845、WEHI-539、硼替佐米、伊沙佐米、来那度胺、泊马度胺、地塞米松单药或联合处理,流式检测CD138阳性细胞丢失和Annexin V阳性

3

硼替佐米诱导的凋亡依赖性变化及Noxa机制验证

阐明硼替佐米改变凋亡依赖性的机制及Noxa和BIM的作用

对硼替佐米处理后的患者浆细胞和ALMC-1/ALMC-2细胞进行BH3谱分析、免疫印迹检测BCL-2家族蛋白表达、免疫共沉淀检测BCL-2和MCL-1结合伙伴变化,并用siRNA敲低BIM或Noxa后检测药物敏感性

4

ALMC-1异种移植瘤模型的体内药效评估

在体内比较ABT-199与硼替佐米的疗效

将ALMC-1细胞皮下注射至NSG小鼠建立异种移植瘤,肿瘤体积达150 mm3后分别给予溶媒、ABT-199或硼替佐米治疗4周,监测肿瘤生长和总生存期

5

AL与MM细胞系的质谱蛋白质组学比较分析

揭示AL淀粉样变性和多发性骨髓瘤细胞在基线和硼替佐米处理后的信号通路差异

对未处理及10 nM硼替佐米处理0、2、4、6、12小时的ALMC-1和ALMC-2细胞进行TMT标记质谱蛋白质组学分析,定量约7900种蛋白,并进行GO富集、GSEA和PCA分析

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
Ficoll-Paque分离液GE Healthcare--
CD38 APC/Cy7抗体Biolegend102728
CD138 Pacific Blue抗体Biolegend356532
细胞色素C AlexaFluor 647抗体Biolegend612310
Kappa轻链FITC抗体Invitrogen11-9970-42
Lambda轻链抗体Invitrogen12-9990-42
Dulbecco改良Eagle培养基Gibco11995065
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂ThermoFisher Scientific--
Opti-MEM培养基ThermoFisher--
Noxa siRNASanta Cruz Biotechnologiessc-37305
Bim siRNASanta Cruz Biotechnologiessc-29802
对照siRNASanta Cruz Biotechnologiessc-37007
抗Noxa抗体(114C307)Millipore SigmaOP180
抗BAX抗体Cell Signaling Technology2772
抗BCL-xL抗体Cell Signaling Technology2764
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
抗MCL-1重组抗体Cell Signaling Technology94296
抗BCL-2抗体Cell Signaling Technology2872
抗BIM抗体Cell Signaling Technology2933
抗ATF4抗体Cell Signaling Technology11815
抗CHOP抗体Cell Signaling Technology2895
抗MCL-1克隆22抗体BD Pharmingen559027
抗BIM抗体Cell Signaling Technology2819
抗BCL-2抗体Cell Signaling Technology15071
抗小鼠IgG1(G3A1)Cell Signaling Technology5415
Protein A/G琼脂糖珠Thermo Fisher--
ABT-199(维奈克拉)Medchem express--
硼替佐米Medchem express--
Qiagen RNeasy迷你试剂盒Qiagen74104
High-Capacity cDNA逆转录试剂盒Thermo Fisher4368814
SYBR Green预混液BIO RAD1725270
Seahorse XF微孔板Agilent--
Cell-TAK细胞黏附剂Corning354249
RIPA裂解缓冲液New England Biolabs--
LysC蛋白酶Wako--
胰蛋白酶PromegaV5111
TMT 11plex标记试剂Thermo Fisher Scientific--
Attune NxT流式细胞仪Thermo Fisher--

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
患者样本BH3谱分析
样本纳入标准(活检证实的AL淀粉样变性、克隆性浆细胞优势)、BH3肽浓度(BIM和BID 10 µM)、暴露时间60分钟、细胞色素c染色抗体稀释度
阅读提示:Methods中BH3 Profiling小节及Fig. 1图注
离体化学敏感性检测
细胞接种浓度500,000细胞/mL、药物处理时间24或48小时、联合处理时BH3模拟物浓度100 nM、细胞死亡计算公式
阅读提示:Methods中Ex vivo chemosensitivity小节及Fig. 2、Fig. 3图注
ALMC-1异种移植瘤体内实验
小鼠品系(NOD-scid IL2Rgammanull NSG)、细胞接种数量(106)和途径(皮下matrigel)、起始治疗肿瘤体积(150 mm3)、ABT-199剂量100 mg/kg每日口服灌胃、硼替佐米剂量0.8 mg/kg隔日腹腔注射、每组n=4
阅读提示:Methods中Mouse housing and ALMC-1 xenograft model小节及Fig. 5图注
质谱蛋白质组学
硼替佐米浓度10 nM、时间点0、2、4、6、12小时、TMT 11plex标记、质谱平台Orbitrap Lumos
阅读提示:Methods中Whole cell proteomics和Mass spectrometry analysis小节
siRNA敲低实验
siRNA浓度10 µM、Lipofectamine RNAiMAX用量81 µL、转染24小时、药物处理12小时后检测
阅读提示:Methods中Cell line siRNA knockdown小节及Fig. 4k图注