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Nature聚焦LIF,比CA199更

  • 来源:本站原创
  • 时间:2020/3/3 19:12:53

白细胞抑制因子(leukocyteinhibitionfactor,LIF)是淋巴细胞经刀豆素A(ConA)刺激后,可产生一种淋巴因子,能选择性地抑制多形核白细胞的移动。此外,最近的研究提示LIF还是一种多效细胞因子。LIF不仅在细胞分化、增殖和应激中发挥作用,在肿瘤的发生进展中也扮演着重要角色。近日,来自美国加利福尼亚州萨克生物研究所SalkInstituteforBiologicalStudies的科研人员发现LIF与胰腺癌发病之间存在相关性。作者不仅证实了LIF是胰腺癌潜在的疾病监测标志物,而且LIF是一个独立的,并且比FDA批准的唯一胰腺癌生物标志物CA19-9更有效的指标。此外,本文还阐明了LIF在胰腺癌发生进展中的功能,证实了LIF作为新的胰腺癌治疗靶点及早期生物标志物的潜力。

概要

胰腺导管腺癌(Pancreaticductaladenocarcinoma,PDAC)由于诊断效率低、耐药率高,预后差。胰腺星状细胞(pancreaticstellatecells,PSCs)的激活和由此形成的致密间质是这种侵袭性生物学的显著特征。PSCs与胰腺癌细胞(pancreaticcancercells,PCCs)之间的相互作用不仅促进肿瘤的进展和转移,而且维持其自身的活化,促进恶性循环,加剧肿瘤的发生和耐药性。此外,在PDAC肿瘤发生过程中,PSC活化发生得很早,活化的PSC占肿瘤质量的很大一部分,提供了丰富的易检测因子来源。因此,该研究假设PSCs和PCCs之间的通信可能是PDAC治疗和诊断的有效策略。本文从介导分泌性疾病相关因子的系统蛋白质组学研究和潜在的分子机制入手,揭示了白血病抑制因子LIF是活化的PSC作用于癌细胞的关键旁分泌因子。药物性LIF阻断和基因性Lifr缺失均能显著延缓PDAC小鼠肿瘤的进展,增强化疗效果,延长PDAC小鼠模型的生存期,当中主要是通过调节肿瘤细胞分化和EMT状态来实现。此外,研究还发现,无论是在小鼠模型还是在人PDAC中,胰腺中LIF的异常产生都是一种特有的病理条件,并且与PDAC的发病相关。此外,循环LIF水平的变化与肿瘤对治疗的反应密切相关。总之,这些发现揭示了LIF在PDAC肿瘤发生中一个以前未被重视的功能,并提示其作为一个潜在的治疗靶点和循环标志物的前景。

为了全面描述PCCs和PSCs之间的旁分泌通讯,该研究进行了基于质谱(MS)的定量分泌组学分析和定量磷酸化蛋白质组学分析,用于探索细胞内信号事件。结果显示STAT3的激活是PCCs中对PSC条件培养基刺激下的一个标志性事件,并以不同细胞类型的平行分泌组学为参照,即以MIAPaCa2和hPSCs11为代表的细胞系,分别进行剖面分析,以定量分类条件培养基中的完整蛋白质组成。然后进行了IP-MS分析以探索STAT3相关蛋白,特别是受体,并发现LIF受体(LIFR)及其共同受体IL6ST/GP是STAT3在以严格的条件培养基刺激依赖性方式下的唯一受体。一直以来,LIF是由hPSC大量产生的,而不是由MIAPaCa2产生的,它指出LIF是PCCs中STAT3激活的关键旁分泌因子。

图1组合质谱分析表明LIF是一个关键的旁分泌因子

LIF是一种调节胚胎和成年期细胞分化、增殖和存活的多效性细胞因子,也参与癌症的发展。近年来,有报道称PSCs产生LIF,但其在PDAC肿瘤发生中的生理意义尚不清楚。作者首先在体外评估LIF的作用,发现在PCCs中有广泛的反应,但在激活的PSC和正常的成纤维细胞中没有反应。在三个已报道的下游途径中,主要是STAT3而不是ERK和AKT被强烈激活。有趣的是,运用LIF信号传导阻断PCCs中的LIFRknockdown或来自PSC-CM的LIF配体免疫排斥有效地消除了STAT3的激活,证实了LIF是PCCsSTAT3激活的主要旁分泌因子。此外,PCCs对LIF的可变反应由LIFR水平决定,旁分泌相互作用是LIF作用的主要方式。然后,该研究在体内验证了LIF的失调,并观察到LIF蛋白水平在正常胰腺中检测不到,但在PDAC组织中显著升高。此外,在小鼠和人PDAC组织中,激活的PSCs,特别是癌细胞巢旁的PSCs中,LIFmRNA含量丰富,但在一小部分癌细胞中是零星的。在CD45+免疫细胞或正常胰腺组织中几乎检测不到。重新激活的PSCs是主要的LIF产生细胞。相应地,STAT3在PDAC组织中也被显著激活。总之,这些发现提示LIF参与PDAC的发病机制。

尽管STAT3的激活已被证明是PDAC肿瘤发生的必要条件,但STAT3激活中的相关细胞因子的潜在机制和细胞来源已被广泛研究。基于该研究,发现PSC产生的LIF是STAT3的关键激活因子,因此评估了其在PDAC中的生理意义。由于PCCs是Lifr的主要表达细胞,因此可能是LIF作用的主要靶点。利用Lifrf/f、KPf/fCL复合突变小鼠,来评估PCC内在Lifr信号在PDAC生理发育中的重要性。发现LIFRf/f、KPf/fCL小鼠的总存活率显著增加,表明PCCs中的LIFR信号本身在PDAC的发展中起着重要作用,并且通过吉西他滨(Gem)的给药而进一步延长,这意味着其在增加化疗抵抗中的额外作用。相应地,Lifr缺陷小鼠和Gem治疗组肿瘤中PCCs的相对丰度显著降低。值得注意的是,尽管几乎所有的胰腺上皮细胞在LifrWT、KPf/fCL小鼠中转化为癌细胞,但在研究终点,即Lifrf/f、KPf/fCL小鼠的胰腺中仍然发现不同的胰腺炎和PanINs区域。通过比较不同年龄胰腺组织的病理学状态,对应于肿瘤发生的不同阶段,作者发现,尽管在3周龄时,在Lifrf/f中有相当数量的PanINs和活化的PSCs形成,但到5周龄时,Lifrf/f中的肿瘤进展;KPf/fCL小鼠由于PCCs和活化的PSCs数量减少而延缓了发育,由显著较低的PCC组织水平产生的Gm-csf和PSC产生的Ccl11来维持。此外,当我们在LifrWT、KC和Lifrf/f、KC小鼠中用卡鲁灵加速PanINs的起始以直接评估LIF对肿瘤起始的影响时,诱导了类似的PanIN分级。此外,在caerulein处理的LifrWT、Pdx1-Cre和Lifrf/f、Pdx1-Cre小鼠之间,腺泡导管化生的形成和分解没有明显差异。总之,这些遗传学研究表明,LIF主要作用于PCCs,促进肿瘤的进展,而不是作为启动因素。

图2LIF作用于PCCs对肿瘤进展的影响

鉴于LIF可能为一个有前途的治疗靶点,作者进一步对其深入研究。作者使用KPf/fCL小鼠模型和抗LIF中和单克隆抗体(mAb)对其进行了临床前评估与遗传性Lifr耗竭模拟。抗LIF单抗治疗KPf/fCL小鼠的总生存率增加,而Gem+抗LIF单抗(Combo)治疗可进一步延长KPf/fCL小鼠的总生存率,同时降低肿瘤负荷,甚至与Gem+对照IgG(Chemo)相比也是如此。这进一步证实了LIF在PDAC进展和化疗抵抗中的重要作用。联合治疗显著降低PCC细胞数,但不降低PSC细胞数。PCC的丰度和评估显示其增殖的增加伴随着凋亡的增强。PCC增殖的增加可增强其对Gem治疗的敏感性,从而促进细胞凋亡,减轻化疗耐药。由独立病理学家采用盲法进行的组织病理学检查得出了一致的解释,即联合治疗的KPf/fCL肿瘤表现出更高的分化,这表明LIF能阻断促进癌细胞的分化进程,并导致其具有更弱的侵袭性和更易受药物影响的表型。为了了解这种效应,作者通过分化状态评估PCCs的相对丰度,发现通过联合治疗,表达标志物ALDH、CD、CD24和CD44或cMet24-28的肿瘤起始细胞的数量都显著减少。通过体外球体形成invitrosphereformation和体内侧翼移植试验invivoflanktransplantationassays进行了功能验证,并在Lifr缺陷基因模型中进行了持续的观察。此外,在短期的体内联合治疗的PCCs中,除了肿瘤起始细胞标记基因和参与干细胞分化负调控的基因外,上皮-间充质转化(EMT)关键基因的表达也被下调,进一步证实了Zeb1+间充质PCCs的丰度降低。分子水平上,Hippo、Wnt和STAT3信号通路中许多级联成分和下游靶基因的表达被显著抑制,同时表达变化导致Gem反应增强。EMT的诱导和肿瘤起始细胞的出现是相互交织的生物学过程,有助于癌症的化疗抵抗,并受到包括STAT3、Hippo和Wnt29在内的几个发育信号级联调节。此外,差异基因表达特征也在Lifr缺陷遗传模型中进行了验证。

图3抗LIF单抗阻断LIF对PDAC肿瘤细胞分化的影响

作者继而观察到LIF对肿瘤进展和Gem反应的双重作用。由于肿瘤的延迟进展可能影响Gem治疗的反应,作者评估了LIF对Gem敏感性的直接影响。当新分离的原发性PCC接受低剂量的Gem时,在Lifr缺陷的PCC中,球形形成能力明显被抑制,这表明肿瘤起始细胞的内在抗药性依赖于Lifr信号。为了在体内验证这一点,作者通过对KPf/fC小鼠进行nab-紫杉醇、顺铂和Gem联合治疗,建立了一个维持PDAC小鼠模型。联合治疗带来了更显著的治疗效果,显著延长了存活时间。其特征是间充质转运PCCs明显减少,PCC分化和凋亡增加。这一证据进一步强调了LIF在化疗中的重要性,并增强了其作为治疗靶点的转化潜能。因为PDAC通常为具有强烈的内在化疗耐药性的晚期患者,并且迫切需要一线化疗后减轻化疗耐药性的疗法。

图4LIF阻断直接影响PDAC的耐药性

由于LIF介导肿瘤进展,并且在PDAC肿瘤发生过程中,产生LIF的PSC被激活在更早期,并且强度逐渐增加,作者继而测试了LIF与PDAC发病之间的相关性。KPf/fCL小鼠在3周龄时,胰腺LIF水平已经显著升高,此时主要病理事件的出现是胰腺炎和伴有少量实体瘤结节的早期PanIN病变,然后在肿瘤进展过程中稳步升高。值得注意的是,在caerulein诱导的胰腺炎中,LIF升高和STAT3激活很容易被检测到,其中PSC短暂激活,但肿瘤发展尚未开始,证实了激活的PSC产生LIF。为了研究其与人PDAC的相关性,作者量化了人胰腺组织中的LIF水平,并观察到与配对正常组织相比,所有77例PDAC患者的LIF水平显著升高,并且慢性胰腺炎组织中的LIF水平明显增加。通过基于平行反应监测的靶向质谱(PRM-MS)分析,在一组独立的人体胰腺标本中重复到了类似的观察结果,从而消除了酶联免疫吸附试验的潜在局限性缺陷。更引人注目的是,在各种病理参数中,LIF水平与PDAC分化状态和总生存率显著相关,与TCGA-RNA-seq数据显示的LIFmRNA水平相符。这些相互关系,尽管是间接的,却也证明了LIF在人类PDAC发病机制中的生理重要性,并进一步证实了LIF对癌细胞分化的调节作用。

图5LIF可作为PDAC监测的生物标志物

小鼠和人PDAC中LIF与肿瘤病理的相关性研究中,提示LIF是一种潜在的疾病监测指标。由于临床应用需要简单且无创性的样本采集,我们通过超灵敏的ELISA分析评估血液样本中的LIF水平,并在PDAC下更容易观察到其升高。令人兴奋的是,在14名接受术前化疗并在治疗期间纵向采集血样的PDAC患者中,循环LIF水平的变化与治疗反应显著相关,是一个独立且优于碳水化合物抗原19-9(CA19-9)的指标,后者是FDA目前批准的临床使用的唯一PDAC生物标记物。与其他常见的实体癌相比,PDAC对血液和原发组织中生物标记物LIF升高的反应是特异性的。总之,这些发现强调LIF是监测PDAC状态和/或治疗反应的一个有希望的标记物。

总结

总之,利用定量蛋白质组学quantitativeproteomics,作者系统地研究了胰腺星状细胞PSCs和胰腺癌细胞PCCs之间的旁分泌通讯机制,并确定LIF是PCCs的关键基质因子stromalfactor。功能研究揭示了LIF在促进肿瘤进展和化疗耐药方面的生理意义,并强调了其转化潜能。组织和循环LIF与病理参数的显著相关性及其在PDAC中的特异性升高和高丰度,增强和拓宽了这种转化应用的前景。因此,LIF在PDAC中是一个富有吸引力的治疗靶点和生物标志物,值得对其临床应用作进一步的综合评价。

原文:ShiY,etal.TargetingLIF-mediatedparacrineinteractionforpancreaticcancertherapyandmonitoring.Nature;():-.

参考文献:略。

翻译:殷子|周雨|郑上游|余敏|张传钊|林青|黄陕州(医院胰腺中心)

审核:殷子|周雨(医院胰腺中心)

排版:郑上游(医院胰腺中心)

                







































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本文编辑:佚名
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