RARRES2调控脂质代谢重编程介导三阴性乳腺癌脑转移的发展

RARRES2 regulates lipid metabolic reprogramming to mediate the development of brain metastasis in triple negative breast cancer

作者信息Yi-Qun Li, Fang-Zhou Sun, Chun-Xiao Li, Hong-Nan Mo, Yan-Tong Zhou, Dan Lv, Jing-Tong Zhai, Hai-Li Qian, Fei Ma
PMID37491281
发布时间2023-07-25
DOI10.1186/s40779-023-00470-y

实验完整度

包含患者组织IHC验证、scRNA-seq、体内动物模型(颅内及心内注射)、体外功能实验及脂质组学和转录组学等多层级验证。

主要模型

MDA-MB-231细胞系 4T1细胞系 BALB/c小鼠颅内及心内注射模型 乳腺癌患者原发与脑转移组织样本

重点核对

RARRES2在脑转移中特异性下调(多数据集分析) RARRES2敲低促进细胞增殖与侵袭(体外实验) RARRES2过表达抑制体内脑转移(颅内及心内注射模型) 脂质组学显示甘油磷脂升高和三酰甘油降低 雷帕霉素处理逆转RARRES2敲低引起的增殖和侵袭

摘要

背景:三阴性乳腺癌(TNBC)是乳腺癌中最具侵袭性的亚型,以高脑转移(BrM)发生率和不良预后为特征。作为最致命的乳腺癌形式,BrM因其发病率不断上升且缺乏有效治疗策略,仍是主要的临床挑战。近期证据提示脂质代谢重编程在乳腺癌脑转移(BCBrM)中的潜在作用,但其潜在机制远未完全阐明。方法:通过分析小鼠和患者的BCBrM转录组数据,并对患者组织进行免疫组化验证,我们鉴定并验证了维甲酸受体应答因子2(RARRES2),一种多功能脂肪因子和趋化因子,在TNBC的BrM中特异性下调。我们通过体外和体内研究探讨了RARRES2异常表达对BrM的影响。使用多组学方法评估了关键信号通路成分。进行脂质组学以阐明RARRES2对脂质代谢重编程的调控。结果:我们发现RARRES2的下调与BCBrM特异性相关,且RARRES2缺失通过脂质代谢重编程促进BCBrM。机制上,具有脑转移潜能的TNBC细胞中RARRES2表达降低,通过调控磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)-甾醇调节元件结合蛋白1(SREBP1)信号通路,导致甘油磷脂水平升高和三酰甘油水平降低,从而促进乳腺癌细胞在独特脑微环境中的存活。结论:我们的工作揭示了RARRES2在连接脂质代谢重编程与BrM发展中的关键作用。RARRES2依赖的代谢功能可能作为BCBrM的潜在生物标志物或治疗靶点。

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
RARRES2在乳腺癌脑转移中发挥的作用及其机制是什么?
核心机制
RARRES2通过PTEN-mTOR-SREBP1信号通路负向调控脂质代谢,其下调导致甘油磷脂水平升高和三酰甘油水平降低,从而促进乳腺癌细胞在脑微环境中的存活和转移。
主要证据
多组学分析显示RARRES2在脑转移中下调;体内外实验证明RARRES2过表达抑制脑转移;脂质组学和转录组学揭示脂质代谢改变;Western blot验证PTEN-mTOR-SREBP1轴的变化。
研究意义
揭示了RARRES2在连接脂质代谢重编程与脑转移中的关键作用,为三阴性乳腺癌脑转移提供潜在生物标志物和治疗靶点。

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

临床样本和公共数据挖掘

探索RARRES2在乳腺癌脑转移中的表达变化。

分析多个公共转录组数据集及单细胞RNA测序数据,并采用IHC验证患者组织中RARRES2的表达。

2

体外功能实验

验证RARRES2对乳腺癌细胞增殖和侵袭的影响。

构建RARRES2敲低和过表达的MDA-MB-231和4T1细胞系,进行细胞增殖和侵袭实验。

3

体内动物模型

评估RARRES2对乳腺癌脑转移的影响。

采用颅内和心内注射RARRES2过表达或对照4T1细胞的小鼠模型,通过生物发光成像监测肿瘤生长和转移。

4

脂质组学和转录组学分析

探究RARRES2调控的脂质代谢变化及相关基因表达。

对RARRES2敲低和对照MDA-MB-231细胞进行非靶向脂质组学分析;对RARRES2过表达和对照细胞进行RNA测序分析。

5

机制验证

验证RARRES2调控的PTEN-mTOR-SREBP1信号通路。

通过Western blot检测相关蛋白表达,并使用雷帕霉素和CMKLR1 siRNA进行功能回复实验。

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Gibco--
RPMI 1640培养基Gibco--
胎牛血清HyClone--
RNAlater稳定液Qiagen--
MACS肿瘤解离试剂盒Miltenyi Biotec--
40微米细胞筛网Merck--
红细胞裂解液Sangon Biotech--
Chromium Next GEM单细胞3'试剂盒v3.110x Genomics--
Illumina HiSeq X-Ten测序仪Illumina--
含EDTA抗原修复液Zsgb-BioZLI-9066
内源性过氧化物酶阻断剂Zsgb-BioPV-9000
正常山羊血清Zsgb-BioZLI-9022
抗RARRES2抗体Proteintech10216-1-AP
生物素化二抗Zsgb-BioPV-9000
DAB显色底物Zsgb-BioZLI-9019
Aperio病理扫描仪Leica--
D-荧光素钾盐MedChemExpressHY-12591B
IVIS LUMINA XRMS活体成像系统PerkinElmer--
pCDH-EF1-copGFP-T2A-Puro载体Addgene72263
PLKO.1-TRC载体Addgene10878
psPAX2包装质粒Addgene--
pMD2.G包膜质粒Addgene--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
0.45微米聚醚砜膜MilliporeSLHPR33RB
聚凝胺MedChemExpressHY-112735
嘌呤霉素Sangon BiotechA610593-0025
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript RT试剂盒TakaraRR037A
TB Green Premix Ex Taq II试剂盒TakaraRR820A
Applied Biosystems实时荧光定量PCR系统Thermo FisherQSDX
PVDF膜MilliporeIPVH00010
抗mTOR抗体Cell Signaling Technology2972
抗磷酸化mTOR (Ser2448)抗体Cell Signaling Technology2971
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology5174
抗pan-Akt抗体Cell Signaling Technology4691
抗磷酸化Akt (Ser473)抗体Cell Signaling Technology4060
抗PTEN抗体Cell Signaling Technology9188
抗SREBP1抗体Abcamab3259
抗β-actin抗体SigmaA5316
抗RARRES2抗体Proteintech10216-1-AP
辣根过氧化物酶标记二抗Zsgb-BioZB-2301
Super ECL Plus化学发光底物ApplygenP1010
SuperSignal West Femto最大灵敏度底物Thermo Fisher34095
Image800荧光成像系统Cytiva--
xCELLigence实时细胞分析系统ACEA Biosciences--
IncuCyte S3活细胞成像系统Sartorius--
基质胶Corning3422
UHPLC系统1290Agilent Technologies--
Kinetex C18色谱柱Phenomenex--
Q Exactive质谱仪Thermo Fisher Scientific--
乙莫克舍文中未明确说明--
雷帕霉素文中未明确说明--

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
细胞培养
细胞系来源(MDA-MB-231, 4T1, 293TN)及培养基和血清种类
阅读提示:Methods - Cell culture
基因操作
shRNA序列、过表达载体、转染试剂及筛选条件
阅读提示:Methods - Plasmid constructs and lentivirus transduction
体外功能实验
细胞接种密度、培养时间、检测方法(RTCA/IncuCyte, Transwell)
阅读提示:Methods - Cell proliferation assay and In vitro invasion assay
体内动物模型
小鼠品系、周龄、细胞注射数量和途径(颅内/心内)、成像时间
阅读提示:Methods - Mouse model of breast cancer metastasis to the brain
脂质组学
细胞数量、裂解液、色谱柱、质谱参数
阅读提示:Methods - Identification of RARRES2-related lipids by mass spectrometry