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                脂肪干细胞生态位重组结直肠癌干细胞转移机制
                栏目:最新研究动态 发布时间:2021-11-12
                有作者通①过重编程结肠癌(CRC)的4个共识分子∩亚型※(CMS),研究了内脏脂肪组织(VAT)在CRC细胞间质表◣型调控中的旁分泌效应......


                肥胖是癌症恶化的一个重要风险因→素,与肥胖相关的癌症是导致死亡的主要原◥因之一。然而,在受肥胖影响的患者中,赋予癌细胞转移特性的分子机制仍未被探索。在此,有作者通过重编程结肠癌(CRC)4个共识分子亚型(CMS),研究了内脏脂肪组织(VAT)CRC细胞间质表型调控中的旁分泌效应,证明了微环境细胞因子是预测肥胖相关癌症患者肿瘤行为的重要预后分子。该研究于20218月发表在《NATURE COMMUNICATIONS》,IF:12.121


                技术路线:


                主要研究↙结果:

                1. 内脏脂肪基质细胞促进CR-CSphCs的致瘤性和转移活︻性

                为了证实肥胖对癌细胞生物学行为的临床影响,作者首先评估了脂肪组织在CRC进展中的潜」在作用,以及健康体重(18.50 < BMI < 25)或受肥胖√影响(BMI > 30)。对大肠癌患者队列的荟萃分析显示,肥胖与生存概率呈负相关(图1a)。这种相◤关性也被一项大型队列CRC患者的无进展生存(PFS)分析所●证实,该分析认为BMI是独立于分期和治疗的阴性预↓后因素(1b)。对患有肥胖症的大肠癌患者肿瘤切片的免疫组化分析强ω调,脂联素高表达的脂肪细胞位于肿瘤浸润前沿,分布ξ在表达CDX2的肿瘤细胞之间,覆盖了整个肿瘤肿块的28% (1 c)。同样,肥胖患者的大肠癌肝转移在①转移灶边缘,瘤周出芽附近显示出明显的脂肪细胞。在瘦肉型患者的原发性和转移性结直肠癌组织中未观察到这种现象(1 c)。瘦CRC患者的肿瘤标本☉显示有表达内皮表型CD34 + / CD31 + /CD45的细胞(1d)。体外限制稀释试验表明,用V-ASC释放因子处理可提◆高大量和富集的Wntlow-CRCSPCs的球形起始细胞频率,重现Wnthigh细胞的克隆形成潜能(图1e-g)。这一现象与Wntinactive (GFP-)细胞向Wntactive (GFP +)细胞的转化相平行,证实了Wnt信号通↑路在CRC干细胞相关重编↘程中的关键作用(1h)V-ASCsCR-CSphCs共注入小鼠肾包膜下后,致癌细胞的频率增加了 (1 i)。与更〖明显的侵袭潜能相一致,在V-ASCs存在的体内限制稀释试验显示,即使『在少量细胞被移植时,CMS2 CR-CSphCs也能产生转移到肝脏和肺部的病变(1j)。这些数据表♀明ASCsCRC细胞之间存在支持癌症进展的串扰。

                1浸润肿瘤∑ 的VAT提高了CSphCs的转移潜能


                2. IL-6
                HGF增加了CD44v6 + CR-CSCs的数量,产生NGF,有利于内脏ASCs的迁■移能力和内皮转分化

                为了确定VAT促进转移的关键分子,接下来研☆究V-ASCs释放的细胞因子是否会影响CR-CSphCs的转移特▼性。与SASCsCR-CSphCs和原代脂肪组织细胞(AT)相比,从肥胖CRC患ζ者中分离出来的V-ASCs产生的IL-6HGF更丰富 (2a)IL-6/HGF的存在增强了CR-CSphCs的增殖能力〖和集落形成潜能(2b, c),同时获得侵袭表型以及干细胞和转移相关基因的♂表达,如WNT5AWNT5BWNT7AMMP2MMP9TWISTNODALSDF1ZEB2 (2de)IL-6HGF增加了ZEB2蛋白的表达,与其mRNA水平的上调一致(2f)。此外,阻断IL-6/HGF可消除VASCS释放蛋♀白诱导的CR-CSphCs的细胞增殖和迁移活性(2g, h)。因此,释放到V-ASC CM中的V-ASC衍生的IL-6HGF显著促进CD44v6的表达(2i)CD44v6是一种识别具◣有强大转移潜能的结直肠癌细胞的标记物,甚至诱导CD44v6球形细胞』获得CD44v6表达(2j)。由于ASCsCD271的表达为特征,作ぷ者评估了其配体(CSCs产生)ASCs募集中的作用。与其他CD271配体家族成员BDNFNTF4(2k)相比,CD44v6+细胞表达高水平的神经生长因子(NGF)NTF3 mRNA,并分泌NGFNT-3,而这些神经营养素很少被CD44v6-细胞释放,除非暴露【于V-ASCCM(2l)CD44v6+细胞〗释放的NGFNT-3促进ASCs募集,与NGF中和抗体的较弱作用相比√,CD271中和抗∏体可完全阻止ASCs募集(2m)。此外,暴露于V-ASC CMCR-CSPCs也能够吸引ASC(2mn)。因此,这些数》据表明,ASC衍生的IL-6HGF可以将CD44v6-初始细胞重新◤编程为CD44v6+细胞,从而通过分泌NGF和在肿瘤肿块内招募→ASC来增加其转移潜能。

                2脂肪源性因子扩大了分泌NGFCD44v6 +细胞片段,增强了ASCs的迁移能力

                CD44v6 +细胞表达并产生高水平的VEGF,增加了ASCs的增殖率(3a, b)。另外,大多数CD271 + ASCs表达VEGFR(3c),提示CD44v6 +细胞来源的VEGF可能触发ASCs的血管生成△信号。CD44v6+细胞的旁分泌活性诱导富集的CD34+/CD31 ASC向表达CD31的内皮样细胞转分化(3d)。此外,暴露于CD44v6+细胞释放的∑CM导致HUVEC内皮细胞形成血管小管,类似于VEGF治疗后形成的〓血管小管(图3e和补充图3d)。在共注射CR-CSphCsV-ASCs生成的结CRC异种移植物中,与更明显的血管密度相关□ 的CD44v6 +细胞优先定位在血管前部(3f),这些ξ 发现表明CSC腔室参与了新血管生成和已有毛△细血管的【新生萌芽。


                3.
                内脏释放蛋白诱导CR-CSphCsEMT

                CR-CSphCs暴露于V-ASC CM中,证实了释放蛋白在触发转移途径中的重要作◎用,将转录组结构从上皮/CMS2模式转∴变为类似于间质CMS4的表型(3g)。同样,对单独使用V-ASC CM或培养基¤处理的CR-CSphCs进行的RNA-Seq转录组分析显示,有10DEGsCMS4特征相关(3h)IL-6HGF靶向消除VAT诱导的转@移活性,恢复CMS2 CR-CSphCs的非转移表型(3i)。这些结╳果表明V-ASCs旁分泌活性驱动CRC球细胞向间充质样表型转变,赋予它们◥转移潜能。

                3 VEGF诱导ASCs内皮分化,激活CRC球细胞EMT程序


                4. VAT
                通过调控ZEB2表达来管理EMT

                利用分子特※征数据库(MSigDB)进行的基因集富集分析(GSEA)显示,与代谢█途径相关的基因呈负富集,与EMT程序相关的基因呈正富集(4a)。上调E-box结合◥同源盒(ZEB)转录因子ZEB1ZEB2,与释放的蛋白重编程CMS2 CR-CSphCs向转移前表型⊙的能力一致(4b)。在V-ASC CM处理的CMS4CMS2 CR-CSphCs中,有15个基因表达上调,6个基因表达下调(4c)。在V-ASCs细胞因子的诱导下,ZEB1ZEB2mRNA和蛋①白水平均上调(4d, e),有报道称ZEB1ZEB2可调节miR-200家族成员的表达并调节CRC中的EMT。对miRNA表达谱分析显示,V-ASC CM处理后,CMS2 CR-CSphCsmiRNA-200家族成员,特别是miR-200a的表达下←调,显示出与CMS4 CR-CSphCs相似的miRNA水平(4f)。在使用V-ASCs CM处理的CR-CSphCs中,对大多数差异表达mirna网络及其靶标的分析》表明,ASC释放的蛋白调控了大量聚集在miR-200a/ZEB成员】轴上参与EMT过程的基因(4g)。在V-ASC CM作用下,CMS2细胞中ZEB2蛋白的表达水平与CMS4细胞中№相似(4h)。此外,外源表达ZEB2可促进vimentinCD44v6的表达,并增强肿瘤向远处器官○的扩散(4ij),表明ZEB2可能作为具有转移特性的CRC细胞的功能标记物。总之,这些结果表卐明ZEB2是具有转移潜能的CRC的功能性︾生物标志物。

                4 V-ASCs增强ZEB2的表达,维持CR-CSPCs的转移活性


                5. IL-6/HGF
                阻断降低VAT诱导的转移〗形成

                GSEA显示,V-ASC释放因子促进了CR-CSPCsSTAT3激活途径相关基因的富集(5a)。免♂疫印迹分析显示,V-ASC CMIL-6/ HGF均通过增强酪¤氨酸和丝氨酸残基中STAT3的磷酸化来激活CMS2细胞中的STAT3通路(5b)。根据结肠肿瘤切片免疫组化分析,STAT3的激活主要位于★肥胖CRC患者的脂肪组织附近,细▆胞核染色突出。而在瘦骨嶙峋的患者中,与肿瘤间质接■触的癌细胞表现出核p-STAT3的微弱存在(5c)STAT3磷酸化抑〓制剂C188-9降低了由IL-6HGF共同维持的STAT3的激活(5d)。此外,在IL-6HGF的存在下,C188-9显著∩降低了细胞增殖率和克隆活性,并恢复了CR-CSphCsmiR-200aZEB2的表达水平(5e h)。同样,暴露于IL-6HGFCMS2 CR-CSphCs,其细胞形态发生了变化,获得了与拉≡长形状相关的独特极化,而暴露于C188-9则减弱了这种极化(5i)。这些结果№表明,脂肪微环境细胞因子通过STAT3/miR-200a/ZEB1/2轴驱动上皮♂相关CMS2 CR-CSphCs获得间充质表型。

                5 IL-6HGF通过激活STAT3诱导←间质表型

                托西珠单抗和克唑替尼的联合治疗能够恢复V-ASC CMCR-CSphCs增殖和集落形成能→力的影响(6a, b)。此外,这种双靶点治疗阻碍了v - asc诱导的miR- 200a下调,从而降低了ZEB1ZEB2的表达,并降低了CMS2 CR-CSphCs的获得性侵袭行为●(6c-e)。为了确定↑托西珠单抗联合克唑替尼是否可以用于︻辅助治疗,防止内脏肥胖诱导的转移形成,将CMS2 crcsphcV-ASCs共注射到小】鼠脾脏中产生转移性小鼠替身。脾切除术后5天,小鼠每周治疗〒3次,持续3(6f)。,这种治疗方案显著降低了V-ASC刺激的CMS2细胞的々转移性植入频率,即使是在治疗暂停8周后(6g)。此外,对112CMS2 CRC患者的队列分析显示,ZEB2表达与RFS概率显著ξ 负相关(6h, i),提示ZEB2可能是一个推测的预后◥因素,可能与肥胖影响的癌症患者相关。

                6 IL-6HGF靶向抑制CR-CSphCs VAT诱导的转移能力♀


                主要结论:

                作者发现通过抑制STAT3 (C188-9)IL-6R(托西利珠单抗)c-MET(克唑替尼)靶向JAK/STAT通路的激〓活,会损害CMS2 CR-CSphCsVAT驱动转移促进活性(6i)。因此,由于脂肪释放因子通过确定慢ξ性炎症状态和增加远处转移形成的风险来促进CRC微环境的形成,这些药↘物的临床可用性可以被考虑作为肥胖相关癌症♀患者的辅助治疗策略。