使用小分子化合物靶向SOST可延缓乳腺癌骨转移

Targeting SOST using a small-molecule compound retards breast cancer bone metastasis

作者信息Lisha Sun, Yixiao Zhang, Guanglei Chen, Yaoting Ji, Qingtian Ma, Xinbo Qiao, Sijin Wu, Lin Zhou, Jiawen Bu, Xudong Zhu, Xiaoying Zhang, Xiaofan Jiang, Chao Liu, Xinnan Li, Yang Liu, Yongliang Yang, Caigang Liu
PMID36581888
发布时间2022-12-29
DOI10.1186/s12943-022-01697-4

实验完整度

包含临床样本分析(IHC、生存分析)、体外细胞功能实验(增殖、迁移、黏附)、体内动物模型(骨转移模型)、机制验证(免疫共沉淀、RNA-seq)以及药物筛选与类器官实验,多层证据相互印证。

主要模型

SCP2细胞(骨转移倾向乳腺癌细胞系) MDA-MB-231细胞 MCF-7细胞 BALB/c裸鼠骨转移模型 乳腺癌类器官

重点核对

SCP2细胞中SOST敲低效率达85% S6处理SCP2细胞的IC50为1.89 μM 小鼠左心室注射SCP2细胞(1×10^6) S6给药剂量为10 mg/kg,每周两次 类器官实验S6处理浓度为2 μM和80 μM

摘要

背景 乳腺癌骨转移可因骨质疏松而加重,与长期生存率低相关,且治疗选择有限。硬骨素(SOST)是骨形成的内源性抑制剂,是治疗骨质疏松症的一个有吸引力的靶点。然而,尚不清楚SOST是否可以作为乳腺癌骨转移的治疗靶点,以及靶向乳腺癌细胞中SOST的小分子化合物是否能抑制乳腺癌骨转移。 方法 通过免疫组织化学方法对442例乳腺癌组织中的SOST表达进行表征,并统计分析其与乳腺癌骨转移的相关性。诱导骨转移性乳腺癌SCP2细胞沉默或过表达SOST,并在体外和体内测试其骨转移行为。为了确定潜在的治疗药物,我们从一个小分子化学库中筛选了SOST与STAT3相互作用的抑制剂,并在体外和体内测试了一种抑制剂对乳腺癌生长和骨转移的抑制作用。 结果 我们发现SOST表达上调与乳腺癌骨转移和乳腺癌患者生存期较差相关。SOST沉默显著降低了SCP2细胞的骨转移能力。SOST与STAT3相互作用,增强TGF-β/KRAS信号,增加肿瘤生长和骨转移。用一种先导候选化合物S6治疗,可显著抑制乳腺癌类器官的生长和小鼠的骨转移。 结论 我们的研究结果强调了一类治疗乳腺癌骨转移的新潜在治疗药物。

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
SOST能否作为乳腺癌骨转移的治疗靶点,以及小分子化合物靶向SOST是否能抑制乳腺癌骨转移。
核心机制
SOST与STAT3相互作用,增强TGF-β/KRAS信号通路,上调CXCR4表达,促进乳腺癌细胞增殖和骨转移。
主要证据
临床样本IHC显示SOST高表达与骨转移相关;SCP2细胞SOST敲低降低骨转移能力;SOST过表达增强迁移和黏附;小分子S6阻断SOST-STAT3结合,抑制下游信号,并在体外和体内抑制肿瘤生长和骨转移。
研究意义
靶向SOST-STAT3复合物为治疗乳腺癌骨转移提供新的治疗策略,S6是进一步开发为新一类抗癌药物的有前景的候选化合物。

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

临床样本关联分析

探究SOST表达与乳腺癌骨转移及预后的相关性。

对422例乳腺癌原发灶组织进行免疫组化染色,分析SOST表达与临床病理特征及生存期的关系。

2

SOST功能验证(体外)

验证SOST对乳腺癌细胞增殖、迁移和黏附能力的影响。

构建SOST敲低和过表达细胞系,通过CCK-8、迁移实验和黏附实验检测细胞功能变化。

3

体内骨转移模型验证

验证SOST敲低对乳腺癌骨转移和生存的影响。

通过左心室注射SCP2细胞建立骨转移模型,监测肿瘤转移和生存。

4

机制研究

阐明SOST促进乳腺癌骨转移的分子机制。

通过RNA-seq分析基因表达变化,预测STAT3结合位点,Western blot检测信号通路蛋白。

5

小分子化合物筛选

鉴定靶向SOST-STAT3相互作用的小分子抑制剂。

利用计算建模和虚拟筛选从约120,000个化合物中筛选候选分子,并通过BLI和细胞实验验证。

6

S6体外抗肿瘤活性评估

评估S6对乳腺癌细胞增殖和类器官生长的抑制作用。

检测S6对SCP2、MCF-7、MDA-MB-231细胞的增殖抑制,以及对乳腺癌类器官的生长抑制。

7

S6体内抗肿瘤及骨转移抑制评估

评估S6对乳腺癌骨转移的治疗效果和安全性。

在骨转移模型中给予S6治疗,监测骨转移、生存率和体重,并通过组织染色评估毒性。

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
抗SOST抗体 (ab63097)Abcamab63097
Leibovitz's L15培养基Thermo Fisher--
Dulbecco改良Eagle培养基----
胎牛血清Biological Industries--
α-MEM培养基----
嘌呤霉素Thermo FisherA1113803
TRIzol试剂Thermo Fisher--
PrimeScript RT预混液TakaraRR047A
TB Green Premix Ex Taq IITakaraRR820A
抗SOST抗体 (ABIN6997488)antibodies-online GmbHABIN6997488
抗TGF-β抗体 (ER31210)HuanBioER31210
抗SMAD3抗体 (66516-1-1g)PTG66516-1-1g
抗CXCR4抗体 (60042-1-1g)PTG60042-1-1g
抗STAT3抗体 (10253-2-AP)PTG10253-2-AP
抗p-STAT3抗体 (9138)Cell Signaling Technology9138
抗KRAS抗体 (12063-1-AP)PTG12063-1-AP
抗β-actin抗体 (20536-1-AP)PTG20536-1-AP
蛋白A/G琼脂糖珠Santa Cruzsc-2003
CXCL12 ELISA试剂盒PTGKE10049
24孔Transwell板Corning3422
β-甘油磷酸Solarbio--
抗坏血酸Solarbio--
氢氧化铵Sigma--
Triton X-100Solarbio--
CCK8试剂盒Dojindo--
Octet K2仪器ForteBio--
重组SOST蛋白 (10593-H07H)SinoBio10593-H07H
S6化合物ChemdivC29H24N6O2S
TRAP染色试剂盒Sigma387A
Matrigel基质胶----
碱性磷酸酶(ALP)试剂盒Sigma-Aldrich--
Illumina测序平台Illumina--

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
患者队列:Shengjing Hospital, 2011-2013, 422例乳腺癌患者;排除标准:新辅助化疗/放疗、其他肿瘤等。
阅读提示:Methods - Patients
细胞培养
细胞系:MDA-MB-231(L15培养基)、MCF-7(DMEM+10%FBS)、MC3T3-E1(α-MEM+10%FBS)、SCP2;培养条件:37°C,5% CO2。
阅读提示:Methods - Cell culture
SOST敲低/过表达
SCP2细胞慢病毒感染MOI=10,使用5 μg/mL嘌呤霉素筛选7天;SOST过表达质粒转染后G418筛选。
阅读提示:Methods - Transduction
体外功能实验
趋化实验:3×10^4细胞/室,2%FBS培养基,共培养24h;黏附实验:骨基质层诱导9天,细胞孵育15min。
阅读提示:Methods - Chemotaxis assay; Adhesion assay
动物实验
BALB/c裸鼠,左心室注射SCP2细胞(1×10^6),每组8-10只;观察期42天;S6治疗:10 mg/kg,静脉注射,每周两次。
阅读提示:Methods - Murine xenograft tumor model
药物处理
S6浓度:体外细胞实验2 μM、80 μM;类器官实验2 μM和80 μM;体内10 mg/kg。
阅读提示:Methods - Testing drug sensitivity in organoid cultures; Results - S6 inhibits breast cancer progression
机制研究
免疫共沉淀:S6预处理200 μM,4°C过夜;RNA-seq:SCP2/NC vs SCP2/KD1细胞。
阅读提示:Methods - Immunoprecipitation; Transcriptome sequencing