靶向SPP1调控的中性粒细胞胞外陷阱主导的转移前微环境减少肝癌肺转移

Targeting SPP1-orchestrated neutrophil extracellular traps-dominant pre-metastatic niche reduced HCC lung metastasis

作者信息Sun-Zhe Xie, Lu-Yu Yang, Ran Wei, Xiao-Tian Shen, Jun-Jie Pan, Shi-Zhe Yu, Chen Zhang, Hao Xu, Jian-Feng Xu, Xin Zheng, Hao Wang, Ying-Han Su, Hao-Ting Sun, Lu Lu, Ming Lu, Wen-Wei Zhu, Lun-Xiu Qin
PMID39529085
发布时间2024-11-11
DOI10.1186/s40164-024-00571-x

实验完整度

高

研究包含体外细胞实验、多种小鼠转移模型(原位自发转移模型、实验性转移模型)、CyTOF和流式细胞术、临床样本分析、机制验证(CD44/STAT3/CXCL1通路)及体内治疗实验(DNase I和CXCR2抑制剂),证据层级多且包含功能与机制验证。

主要模型

Hepa1-6小鼠肝癌细胞系 H22小鼠肝癌细胞系(腹水来源) MHCC97H人肝癌细胞系 MLE-12小鼠肺泡上皮细胞系 C57BL/6、BALB/c及BALB/c裸鼠

重点核对

SPP1处理方式:重组小鼠SPP1蛋白10微克/只/天腹腔注射,连续7天 肿瘤细胞接种量:尾静脉注射Hepa1-6细胞2×10^6,H22细胞1×10^6 中性粒细胞清除:抗Ly6G抗体(12.5微克/只/天)腹腔注射 治疗干预:DNase I(200 U/只/天)和CXCR2抑制剂SB225002(2 mg/kg/天)腹腔注射 统计分析:使用Student's t检验、卡方检验、Fisher精确检验及方差分析,P<0.05为差异有统计学意义

摘要

背景:肿瘤来源因子重塑靶器官微环境以促进癌症转移,尤其是器官特异性转移的机制仍不清楚。我们既往研究表明SPP1在促进肝细胞癌(HCC)转移中发挥关键作用。然而,肿瘤来源的SPP1在塑造转移前微环境(PMN)和促进肺特异性转移中的功能作用和机制尚不清楚。方法:采用原位转移模型、实验性转移模型、CyTOF和流式细胞术探讨SPP1在塑造中性粒细胞主导的PMN和促进HCC肺转移中的作用。通过荧光激活细胞分选和免疫荧光染色研究肺组织中CXCL1的主要来源。在HCC患者肺转移灶和小鼠肺标本中检测中性粒细胞和中性粒细胞胞外陷阱(NETs)标志物的表达。通过体内DNase I和CXCR2抑制剂实验探讨治疗意义。结果:SPP1通过修饰肺PMN促进HCC肺定植和转移,与HCC患者肺转移密切相关,血浆SPP1水平与肺转移密切相关。机制上,SPP1与肺肺泡上皮细胞上的CD44结合产生CXCL1,从而吸引并形成肺内中性粒细胞丰富的PMN。被招募的中性粒细胞被SPP1激活,随后形成NETs主导的PMN,捕获播散的肿瘤细胞并促进转移定植。此外,通过联合靶向CXCL1-CXCR2轴和NETs形成对SPP1调控的PMN进行早期干预可有效抑制HCC肺转移。结论:我们的研究表明,HCC-肺宿主细胞-中性粒细胞相互作用在PMN形成和SPP1诱导的HCC肺转移中发挥重要作用。通过CXCR2抑制剂和DNase I对SPP1调控的PMN进行早期干预是抗击HCC肺转移的潜在治疗策略。

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
肿瘤来源的SPP1是否以及如何通过重塑肺部转移前微环境(PMN)促进HCC肺特异性转移?
核心机制
肿瘤来源的SPP1与肺II型肺泡上皮细胞表面的CD44结合,激活STAT3信号通路,上调CXCL1表达,从而招募中性粒细胞形成中性粒细胞主导的PMN;被招募的中性粒细胞在SPP1作用下通过ERK通路激活形成NETs,NETs捕获肿瘤细胞并促进其转移定植。
主要证据
多种小鼠模型(原位自发转移模型、实验性转移模型)证实SPP1促进肺转移并伴随PMN重塑;CyTOF和流式显示肺内中性粒细胞增多;体外实验显示SPP1经CD44/STAT3轴激活肺上皮细胞分泌CXCL1并诱导中性粒细胞迁移;体内外实验证实SPP1诱导NETs形成并促进肿瘤细胞捕获;CXCR2抑制剂和DNase I早期联合干预可有效抑制肺转移。
研究意义
研究揭示了HCC肺转移PMN形成的新机制,提示血浆SPP1水平可用于预测HCC肺转移风险,并提出早期联合靶向CXCL1-CXCR2轴和NETs(如CXCR2抑制剂和DNase I)是预防HCC肺转移的潜在治疗策略。

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

验证SPP1与HCC肺转移的临床相关性

明确SPP1在HCC肺转移中的表达水平及其与临床病理特征的关系。

检测HCC患者肿瘤组织和血浆中SPP1水平,分析其与肺转移的相关性,并进行多因素回归分析确定SPP1是否为肺转移的独立危险因素。

2

建立SPP1介导的肺PMN小鼠模型

模拟肿瘤分泌SPP1对肺PMN的塑造作用,为后续机制和功能研究提供实验模型。

通过腹腔注射重组SPP1或条件培养基预处理小鼠7天构建SPP1-PMN模型;通过原位植入Hepa1-6SPP1细胞构建自发转移模型;通过尾静脉注射肿瘤细胞构建实验性转移模型。

3

鉴定SPP1-PMN中的关键免疫细胞类型

探究SPP1重塑肺PMN的主要细胞成分。

采用CyTOF和流式细胞术分析SPP1处理后肺组织免疫细胞组成变化,结合IHC和BALF分析验证中性粒细胞富集。

4

验证中性粒细胞在SPP1促肺转移中的必要性

通过中性粒细胞清除实验验证中性粒细胞是否介导SPP1促进肺转移的作用。

使用抗Ly6G抗体清除中性粒细胞,观察对SPP1条件培养基或SPP1蛋白诱导的实验性肺转移的影响。

5

揭示肺上皮细胞来源的CXCL1介导的中性粒细胞招募机制

阐明SPP1如何招募中性粒细胞至肺部。

检测SPP1处理后肺组织中趋化因子表达,分选肺内各细胞类型确定CXCL1主要来源;体外刺激MLE-12细胞验证SPP1诱导CXCL1表达及对中性粒细胞的趋化作用。

6

阐明SPP1激活肺上皮细胞CD44/STAT3/CXCL1信号轴

验证SPP1受体及下游信号通路在调控CXCL1表达中的作用。

通过shRNA敲低MLE-12细胞中候选受体(CD44、ITGAV、ITGB1、ITGA5)检测SPP1诱导的CXCL1水平;检测STAT3磷酸化水平,并利用STAT3抑制剂(Stattic)验证信号通路;体内实验验证STAT3和CXCL1表达变化。

7

评估NETs在SPP1介导的PMN中的作用

验证SPP1能否诱导中性粒细胞形成NETs,并明确NETs对肿瘤细胞捕获和肺转移的影响。

体外用SPP1或条件培养基刺激中性粒细胞,通过免疫荧光检测NETs形成;体内检测SPP1-PMN及原位模型中NETs形成情况;使用GSK484或DNase I抑制或清除NETs,观察对肿瘤细胞早期定植和肺转移的影响。

8

评估早期联合干预(CXCR2抑制剂+DNase I)的疗效

验证早期阻断中性粒细胞招募和NETs形成是否能有效抑制SPP1介导的HCC肺转移,并比较早期与晚期干预的疗效差异。

在原位Hepa1-6SPP1小鼠模型中,于PMN形成前(早期)或形成后(晚期)联合给予SB225002和DNase I,检测对肺转移的抑制作用。在MHCC97H人肝癌裸鼠模型中进行验证。

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Gibco11965118
胎牛血清Gibco10270106
青霉素和链霉素BeyotimeC0222
DMEM/F12培养基Gibco11320033
Hank's平衡盐溶液BeyotimeC0218
Percoll分离液Cytiva17089101
Polymorphprep分离液Axis Shield1114683
多聚赖氨酸BeyotimeC0313
盖玻片NEST801007
RPMI 1640培养基Gibco61870036
佛波酯SigmaP8139
SytoxGreen核酸染料InvitrogenS7020
Hoechst染料BeyotimeC1029
DAPI染料BeyotimeC1002
Transwell小室(3.0微米)Corning3415
Transwell小室(8.0微米)Corning3422
结晶紫BeyotimeC0121
Triton X-100SigmaX100
牛血清白蛋白BeyotimeST023
抗Ly6G抗体Biox CellBE0075-1
抗SPP1中和抗体R&D SystemAF808
DNA酶ISolarbioD8071
GSK484MCEHY-100514
SB225002MCEHY-16711
三溴乙醇SelleckS4508
IVIS Spectrum小动物活体成像系统PerkinElmer--

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
SPP1-PMN模型建立
重组小鼠SPP1蛋白剂量(10 μg/只/天)和给药时间(7天);Hepa1-6SPP1条件培养基剂量(500 μl/只/天)
阅读提示:参见Methods中'Mice model: SPP1-modified metastasis and treatment model'小节
实验性转移模型
肿瘤细胞接种数量(Hepa1-6: 2×10^6;H22: 1×10^6;MHCC97H: 2×10^6);接种途径(尾静脉)
阅读提示:参见Methods中'Mice model: establishment of experimental metastasis in SPP1-modified models'小节
中性粒细胞清除
抗Ly6G抗体剂量(12.5 μg/只/天)和给药方案(与SPP1处理同时)
阅读提示:参见Methods中'Mice model: SPP1-modified metastasis and treatment model'小节
治疗干预
DNase I剂量(200 U/只/天);SB225002剂量(2 mg/kg/天);GSK484剂量(5 mg/kg);给药时间(早期干预在PMN建立前,晚期干预在PMN建立后)
阅读提示:参见Methods中'Mice model: SPP1-modified metastasis and treatment model'小节及Results中'Early intervention in SPP1-orchestrated PMN by targeting CXCR2 and NETs prevents HCC lung metastasis'部分