文摘
醛脱氢酶1 a1 (ALDH)是一个癌症干细胞标记转移性细胞中高度表达。戒酒硫(Dis)是一个fda批准的反对饮酒过多药物抑制ALDH并研究了作为一个候选药物在多个肿瘤再利用。说在癌细胞的细胞毒性已被证明是copper-dependent,部分原因在于说的能力作为二价金属离子螯合剂的铜(铜)。本研究的目的是测试ALDH表达水平和铜浓度在肉瘤病人肿瘤和人类骨肉瘤(OS)细胞株不同转移表型。我们也试图评估说在人类OS细胞+铜联合治疗。细胞内铜是成反比的转移表型在人类OS细胞系(SaOS2 > LM2 > LM7)。Nonmetastatic人类肉瘤肿瘤证明铜浓度增加而转移性肿瘤。qPCR证明ALDH表达显著增加在高转移性LM2和LM7人类OS相比低转移性SaOS2细胞系。肿瘤细胞肉瘤转移性疾病患者显示显著增加ALDH表达与肿瘤细胞来自患者相比无转移性疾病。患者血清铜浓度在犬类操作系统与正常犬了类似的趋势。说了有选择性的细胞毒性与人类相比multipotential基质细胞(msc): Dis-treated OS细胞细胞凋亡增加,而msc没有。CuCl2结合Dis和低剂量阿霉素导致上级SaOS2和LM7细胞株的细胞毒性的影响。总之,ALDH基因表达和铜水平低和高转移性人OS细胞之间的改变,犬类样本,和患者肿瘤。我们的研究结果支持类药物的可行性策略Dis和铜结合低剂量的蒽环霉素专门针对转移OS细胞。
1。介绍
肉瘤包括异质群体间质瘤的预后主要取决于是否存在转移性疾病(1,2]。骨肉瘤(OS)是最常见的原发性骨肿瘤和癌症死亡的第三大原因是20岁以下的患者(3,4]。操作系统通常起源于四肢(肱骨)股骨远端、胫骨近端和和优先转移到肺部5]。OS肺转移患者尤其是可怜的预测15 - 30%的存活率。这些理想结果已经坚持了30多年5- - - - - -9]。
操作系统目前病人接受化学治疗包括阿霉素(阿霉素),一个蒽环霉素导致严重myelosuppression和长期毒性(10- - - - - -12]。识别和测试针对转移操作系统生物学的新靶点一直是我们调查的主要区域,但是许多先前的研究从我们组已经进行了小鼠OS细胞培养和动物模型(13- - - - - -17]。
醛脱氢酶1 a1 (ALDH)是一种干细胞和癌症干细胞细胞相关因素已经被广泛的研究为其在癌症生物学作用[18- - - - - -22]。ALDH属于总科负责代谢的酶醛为羧酸和使肿瘤细胞抵抗化疗药物的氧化应激(23- - - - - -26]。戒酒硫(Dis)是一个fda批准的药物反对饮酒过多,可以作为抑制剂ALDH的活动和作为抗癌治疗一直得到广泛的研究。一些基础和临床研究表明,添加铜(铜)化合物提高Dis的抗肿瘤药效力27- - - - - -33]。尽管广泛的研究说再利用,ALDH之间的关系,铜,说以及它们如何有助于说+铜治疗癌症患者的疗效尚未探索的肉瘤。
虽然在人类罕见,操作系统中经常看到狗,他们总是证明快速发展为转移性疾病和死亡(34,35]。在这项研究中,我们调查的差异ALDH表达和血清铜浓度在人类和犬类肉瘤病人的临床样本与已知的转移性在我们的实践的历史。基于我们以前的工作(17),我们假设人类OS细胞和临床标本不同转移表型能展示可预测的差异ALDH基因表达和铜浓度水平。我们测试了铜的能力改变说治疗的力量在人类OS细胞,以及潜在的Dis +铜减少所需的细胞毒性剂量的阿霉素。我们预测,铜会改变人类OS细胞Dis-mediated毒性的易感性和Dis +铜的结合可能会使阿霉素剂量较低的细胞毒性。
2。材料和方法
2.1。细胞培养
SaOS2人类OS细胞系是购自美国类型文化集合(写明ATCC)。LM2和LM7细胞株Eugenie Kleinerman博士提供的慷慨在儿科肿瘤学部门内部基因的身份验证之后安德森。SaOS2的父母细胞系LM2 LM7细胞系和低转移潜能。简而言之,生成LM2 LM7细胞系,SaOS2细胞被注入裸小鼠尾静脉和自发收集转移。转移性细胞被孤立和骑车通过实验动物的肺的两倍和7倍收益率高转移性LM2 LM7细胞系,分别为(36]。人类所有OS细胞系生长和维护使用相同的培养基和条件。细胞生长在T175烧瓶(康宁)与DMEM培养基(康宁)补充10%的边后卫(Gibco)、青霉素、链霉素Ab的解决方案(Gibco) 1%, 1% MEM不必要的氨基酸溶液(Gibco),和1%维生素解决方案100 x (Gibco) 37°C湿润孵化器。
人类multipotential基质细胞(msc、德州农工大学再生医学研究所)镀在2×104细胞每厘米2在αmem (Gibco)补充16.5%胎牛血清不是热量灭活(亚特兰大生物制剂),2毫米谷酰胺(Gibco), 100单位/毫升青霉素G, 100µg / mL硫酸链霉素(Gibco) 37°C公司为5%2。镀后24小时内,如表示,12.5/25µM说或同等体积的适当的车辆(二甲亚砜Sigma-Aldrich)添加到细胞在生长介质在24和48小时。
2.2。为铜分析患者样本
肉瘤病人出现肿瘤,血液,tumor-derived细胞得到从我们IRB-approved肌肉骨骼肿瘤肿瘤注册表和组织提供的银行(STUDY20010034)资深作者(千瓦)和他的临床合作伙伴。每个病人的病史是获得电子医疗记录和病人信息被鉴定。人类肿瘤样本处理在无菌罩涉及抗生素/抗真菌的治疗用PBS。标本机械碎,flash使用液态氮冷冻,并存储在−80°C。犬血液样本从匹兹堡获得兽医专业和急救中心(PVSEC)。人类和犬类收集血液样本在斯特管和离心2 k RPM 10分钟。血浆从上层清液收集,整除,储存在−80°C。
2.3。原子吸收分光光度法(AA)铜的分析
人类OS细胞系,肉瘤样,人类血浆,犬血浆处理和存储如上所述和铜浓度测定使用珀金埃尔默AAnalyst 600原子吸收分光光度计检测调整铜如前所述[(324.8海里)17]。最后在血浆浓度的铜总计算µ克/毫升。肿瘤细胞内和铜浓度计算(最终样本浓度的铜(ng / mL)) /(总样品蛋白质浓度(毫克/毫升))和记录为ng铜/毫克的蛋白质。
2.4。qPCR病人肿瘤细胞
消除识别信息系统、软骨肉瘤、平滑肌肉瘤、横纹肌肉瘤和高档肉瘤患者肿瘤样本洗两次3 x在无菌青霉素和链霉素溶液稀释PBS洗一旦与无菌PBS。在无菌组织培养条件下,肿瘤被置于无菌中菜和切碎的无菌钳和手术剪刀。等量的dispase (ThermoFisher) 2毫克/毫升和胶原酶XI(σ)2.4个单位/毫升加入切碎的样品和孵化为90分钟,动摇了盘子每15分钟。离心除去酶后,消化肿瘤细胞在DMEM培养(ThermoFisher)与10%的边后卫青霉素和链霉素(Gibco)和1%。
2.5。定量聚合酶链反应
信使rna从SaOS2收集、LM2 LM7细胞系和患者肿瘤细胞使用RNeasy工具包(试剂盒),使用逆转录酶和cDNA获得装备(应用生物系统公司)。qPCR使用SYBR执行绿色Supermix (BioRad)。GAPDH SYMPK ANKRD,产生HPRT参考基因被选为看家基因。三角洲CT值OS细胞系(SaOS2、LM2 LM7)计算使用几何平均的三个选择管家基因GAPDH, SYMPK, ANKRD。δ为病人CT值派生的肿瘤细胞计算使用产生HPRT管家基因。操作系统之间的差异基因表达细胞系和病人肿瘤细胞决定ALDH。
2.6。细胞生存能力分析
SaOS2和LM7镀在斯达克96孔板(10000细胞)和培养24小时。媒体与褶皱取代培养基稀释的强力霉素,CuCl2,说(98 nM-50µ米)。此外,说折叠稀释测试结合固定CuCl浓度2(50、250和500海里)。24小时后药物之外,每个细胞染色(10µL)与哺乳动物PrestoBlue细胞生存能力试剂(表达载体)。PrestoBlue细胞生存能力reagent-stained细胞孵化为20分钟37°C。荧光强度的评估使用FluoroMax®4荧光谱仪,激发和发射波长的590/560 nm,分别。
2.7。细胞的细胞毒性和恢复化验
SaOS2和LM7镀(0.1×106)6-well盘子和培养24小时。细胞治疗在24小时内与阿霉素(0.05 - -2.5μ说(0.05 - -2.5米)μ米)+ CuCl2(0.2μ米),或说(0.05 - -2.5μ米)+ CuCl2(0.2μ+阿霉素(0.1 M)μ米)。与PBS细胞被洗,处理100μL TrypLE表达,resuspended文化媒体。活细胞计数得到用台盼蓝排斥试验和一个自动化血细胞计数器(Bio-Rad)。治疗人类OS细胞系都recultured与新媒体没有药物6-well盘子和监测细胞增长和复苏细胞的两个星期。
2.8。肝癌细胞的细胞毒性试验
2×104每口井的细胞在96孔板盘子24小时之后,他们接受戒酒硫浓度表示。24和48小时后,MTT试验执行根据制造商的协议(Abcam)。光密度在590海里被用作衡量增殖和细胞毒性的百分比计算使用以下方程,使用校正吸光度:
2.9。统计数据
所有的统计方法进行使用Prism 9.0 (GraphPad,拉霍亚CA)。多个组使用一个普通的单向方差分析比较。两组使用一个未配对比较t以及。在所有情况下,< 0.05 ( )和< 0.01 ( )被认为是重要的,因为在每个图表示。
3所示。结果
高转移性人OS细胞系和病人的肿瘤样本显示铜含量下降而减少转移性样品。
细胞内铜含量显著增加(= 0.016)在父母SaOS2细胞与高转移性LM7细胞(图1(一))。我们也评估了不同的铜含量从肉瘤肿瘤患者肿瘤不同转移性的历史。肉瘤患者的肿瘤样本,包括操作系统,开发转移性疾病证明显著降低(= 0.048)内生的铜水平与患者的样本没有转移(图发展1 (b))。这表明细胞内铜浓度成反比转移表型在人类肿瘤细胞系和耐心。
(一)
(b)
3.1。转移性肉瘤患者血浆的人类和犬类显示增加铜的水平
血浆定量证明铜显著增加(= 0.009)在人类肉瘤患者的血清转移性(包括操作系统)相比,患者没有转移(图2(一个))。患者血浆从犬OS,它总是显示转移性疾病的迅速发展,显示显著增加铜(= 0.047)相比,健康犬血浆(图的控制2 (b))。这些等离子体铜含量的增加人类和犬类患者可能与转移性疾病进展相关。
(一)
(b)
3.2。高转移细胞株和病人肿瘤细胞显示增加ALDH基因表达
我们进行了定量PCR比较基因表达水平的差异ALDH在人类OS细胞系和主要的患者样本。qPCR显示更高的基因表达ALDH在高转移性LM2细胞(= 0.025)和LM7细胞(= 0.018)相比之下少转移SaOS2细胞(图3(一个))。我们还观察到肿瘤细胞来自患者转移性疾病显示显著增加ALDH基因表达(= 0.021)与肿瘤细胞的转移性疾病的患者没有证据表明(图3 (b))。这些研究结果支持先前的调查中,我们观察到的增加ALDH表达在高转移性OS细胞系(14,16,17)以及增加人类OS细胞系ALDH酶活性和骨肉瘤患者样本(15,37]。
(一)
(b)
3.3。说治疗改变OS细胞的生存能力,但不是人类Multipotential基质细胞(msc)
调查如果Dis-associated毒性表现出选择性转移OS细胞,MTT检测进行24和48小时后说治疗(12.5毫米和25毫米)LM2细胞和msc。如图4说治疗导致更大的细胞毒性比msc在Dis剂量LM2细胞,表明说癌细胞选择性的细胞毒性。
进一步揭示机制说介导OS细胞毒性,我们调查了如果我们观察到的有害影响LM2 OS细胞,而不是在msc(图4由于变更)也可以ALDH表达水平。为了这个目的,我们孤立的RNA LM2和msc说治疗后和评估ALDH表达式。在基线(没有治疗),LM2细胞表达ALDH大大超过msc(数字5(一个)和5 (b))。由于强烈的毒性作用说,我们对待4小时的细胞获得足够的RNA进行后续分析。经过4个小时的治疗,LM2细胞表现出明显的痛苦,而msc没有(图6)。鉴于LM2遇险信号的存在,我们量化apoptosis-related基因的表达,观察两者的显著增加还3和9 LM2细胞而不是msc 4 h说治疗后(数字5 (c)和5 (d))。没有显著差异ALDH说治疗后(图表达5 (b))。在一起,这些数据表明,说暴露导致过早LM2细胞的凋亡而不是msc和这种选择性的行动可能是由于固有的差异ALDH表达之间的恶性和非恶性的细胞。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.4。Dis和CuCl2治疗结果相比Dis Monotreatment LM7细胞生存能力降低
重要的upregulationALDH表达LM7以及SaOS2细胞内铜含量的保留,我们测试了Cu-potentiated说这两个操作系统细胞株的细胞毒性,24小时。SaOS2用强力霉素治疗显示细胞生存能力(IC减少50%501.2)µM,说显示一个集成电路50在25岁µM(图7(一))。LM7用强力霉素治疗显示一个集成电路50在2.5µM,说显示一个集成电路50在25岁µM(图7 (b))。添加不同浓度的CuCl2补充(50 nM、250 nM和500 nM)导致的强化Dis和增加细胞毒性SaOS2和LM7而说单一疗法。有趣的是,CuCl2除了说导致更大的细胞毒性LM7 (IC50= 0.6µ米)比SaOS2 (IC50= 1.2µ米)。
(一)
(b)
3.5。说+ CuCl2需要低剂量阿霉素有效杀死和防止LM7复苏在体外
评估长期治疗对细胞毒性的影响人类OS细胞和细胞复苏,SaOS2和LM7治疗24小时与单一药物疗法和阿霉素的联合治疗,说,CuCl2。活细胞计数后,细胞recultured媒体没有药物,和细胞增长评估/ 2周。OS细胞系0.1处理μ米阿霉素表现出50%存活但药物去除后的恢复。阿霉素治疗高细胞毒性与细胞SaOS2只有0.05后无法恢复µ1.2 M剂量,而LM7需要µ米阿霉素为实现这一目标(图8(一个))。当管理0.2µM CuCl2,说可以渲染SaOS2和LM7细胞0.6后无法恢复µM剂量(图8 (b))。0.1“三重治疗”μ米说,0.2μM CuCl2和0.1μ转移性LM7 M阿霉素高度细胞毒性,这些细胞药物清除(图后无法恢复8 (c))。这表明低剂量的阿霉素与Dis + CuCl相结合2可能治疗高转移性人OS细胞系和防止细胞复苏后药物清除。
(一)
(b)
(c)
4所示。讨论
我们调查了ALDH基因表达和内源性铜水平在人类OS细胞系,狗和人类血清,patient-derived不同转移潜能和临床的肿瘤转移的历史。我们的研究结果表明,低转移性SaOS2细胞,肿瘤病人没有转移性疾病,并从狗与操作系统有更高的血清内源性细胞内铜与高转移性LM2和LM7细胞相比,转移性肿瘤,血清健康的狗。这些数据是一致的与先前的报告从我们组结果使用小鼠动物模型OS细胞(K12的和K7M2) (17]。
转移性肿瘤细胞来自患者样本演示增加ALDH表达与患者相比无转移的证据。我们也评估了铜的影响能力说,发现联合治疗的细胞毒性可能产生持久,对高转移性细胞毒性影响人类OS细胞系,LM7。阿霉素治疗,说,铜产生显著更大的细胞毒性和高转移性LM7细胞抑制经济复苏。
使用阿霉素化疗一直是主流操作系统单独治疗和促进与手术相比有明显的改善(38,39]。然而,阿霉素的cardiotoxic存在剂量依赖的相关性影响已经有据可查的,给操作带来困难的病人,他们的家庭,和临床医生40]。面对这个问题,我们评估人类OS细胞系的能力与低剂量阿霉素三重治疗后的恢复以及Dis和铜。我们表明,尽管阿霉素单药治疗有效减少转移OS细胞生存能力,这些细胞可以有效的药物后的恢复删除的文化。有趣的是,说+铜联合治疗导致显著减少人类OS细胞生存能力,但这些细胞也最终恢复。只有我们的“三重治疗”方案的低剂量阿霉素,说,铜证明最初的细胞毒性和细胞无法恢复。可能提供的代理专门针对转移OS细胞同时减少所需剂量的阿霉素是值得注意的。
Dis再利用为癌症治疗已经提出了几十年,目前认为无数化疗敏化,细胞毒性,antimetastatic对癌细胞的影响(41,42]。说众所周知ALDH的抑制剂和最初利用临床的厌恶疗法对慢性酒精中毒(43]。ALDH也普遍赞赏癌症干细胞标记出现在许多类型的肿瘤,包括肉瘤(44,45]。ALDH活动增加与癌细胞生存和电阻率增加药物疗法,它曾被认为是主要的抗癌效应说的22,46]。说已被证明作为一个强大的铜螯合剂,和说+铜治疗导致强细胞毒性效应,以及强有力的致敏原耐化学疗法,如阿霉素(47]。的直接机制如何铜螯合化合物作用于癌细胞仍不完全理解(27]。足够的反应对肿瘤细胞被发现是由于生成活性氧在铜螯合(32),以及药理作用的药物代谢物螯合后(33]。蛋白酶体抑制已经证明使用毒品和铜硫代氨基甲酸酯化合物的联合治疗白血病和乳腺癌细胞(48- - - - - -50]。最近的研究表明,说+铜徒上游蛋白酶体活性的绑定NPL4亚基在p97 segregase [51和独立于ALDH的抑制52]。重要的是,主要引起的细胞毒性效应说被发现是由于活性代谢物(DDC)和铜螯合2 +(DDC-Cu)。虽然适用于所有癌症研究了Dis再利用,大量的机械测试到DDC-Cu U2OS执行机制的行动,另一个著名的人类OS细胞系(51]。这进一步支持研究说,铜的理由难以肉瘤患者的治疗。
都有无数的临床试验,完成和正在进行的,探索利用Dis治疗各种肿瘤包括非小细胞肺癌(NSCLC)、肝细胞癌、胶质母细胞瘤、多发性骨髓瘤、胰腺癌、前列腺癌、转移性乳腺腺癌(53- - - - - -63年]。说结合化疗患者表现出显著的整体生存利益转移性非小细胞肺癌患者化疗相比,(62年]。仅在第一阶段试验的Dis和铜的管理转移性肝肿瘤,所有的受试者显示任何部分或完整的反应,支持需要额外的细胞毒性药物(63年]。此外,也有类似的协同效应由于敏感当细胞被引进到当所有4治疗方法结合放疗和(Dis、铜、ؤisplatin,和辐射)。这提供了进一步的证据支持使用Dis +铜,通过临床试验的关注迫使进一步调查说,铜、和常规化疗治疗难治性肉瘤。到目前为止,没有专注于肉瘤临床试验或使用说小儿癌症。
这项研究有一些局限性,必须指出。这项研究已经完成在过去的几年里,LM2和LM7细胞已经被我们组在不同的时间使用不同的实验。虽然这并非理想,我们建议读者解读这些数据从比较低的镜头转移人类OS细胞系(SaOS2)和一个相关但更多的转移性变体(LM2或LM7)。从这个角度来看,LM2 LM7可能被认为是可互换的。可能有人会认为LM7更容易受到联合治疗包括说,但图8并没有证实这一观点。事实上,我们的以前的工作17也表明,尽管差异ALDH小鼠OS细胞之间表达和活性的不同转移潜能,与联合阿霉素“三重治疗”,说,人口和铜展示活动。我们认为本实验最重要的关键信息是证明“三重治疗”最引人注目和持续消除人类OS细胞生存能力。这些数据也提醒我们,ALDH可能只背后的神秘因素的一部分,途径和过程驱动的操作系统转移的潜力。
也是合理质疑为什么其他人类OS细胞行没有用来演示Dis毒性msc和人类OS细胞之间的差异,如图4。我们组之前证明说治疗减少了人类的生存能力和转移性行为OS细胞系SaOS2和SJSA37)和K7M2鼠标OS细胞(17),所以我们不觉得额外的细胞系是必要的这一点。由于稀有肉瘤与癌相比,有一个固有的缺乏人类临床样本的研究。尽管我们发现在统计上有显著差异ALDH基因表达和铜水平在我们的患者样本,我们承认,样本容量是有限的,包括操作系统以外的其他组织学实验,分析了铜在人类和犬的血浆水平。这可能被视为一个限制和力量。当然,许多OSs的纯人口转移和nonmetastatic临床历史将是理想的。或者,也许添加其他肉瘤组织学肉瘤转移生物学表明守恒的方面。这个领域我们倾向于探索更彻底,邀请其他人做同样的事情。目前,我们还没有确定异常背后的生物机制铜水平观察之间的低和高转移性操作系统或这有助于转移的机制。我们将继续研究这些现象,利用这些数据来推进的再利用说+铜在人类难以肉瘤患者。
5。结论
与我们之前的观察,这些实验证明一致性ALDH基因表达和铜浓度是直接和逆相关操作系统转移行为,分别。的可行性和基本原理与阿霉素联合治疗,说,铜已被证明在人类OS细胞是唯一在体外治疗我们评估,经久地消除OS细胞高转移潜能。根据这些数据,我们认为与阿霉素治疗,说,铜应该被视为一个可行的战略未来的早期阶段试验肉瘤患者转移和治疗难治性疾病。
数据可用性
qPCR,铜水平和细胞生存能力数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。
信息披露
JM和ND co-first作者。这个项目是2020年AACR年会。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
JM和ND的贡献同样工作。詹、LM、胃肠道进行实验和分析数据。摩根大通和RN收获和犬类操作系统提供的样本。
确认
库尔特·韦斯博士一直在支持部分由国家癌症研究所(K08CA177927-01和R21CA199472)和阿尔伯特·b·弗格森,MD骨科匹兹堡基金会的基金。作者感谢Shadyside医院基金会的支持,匹兹堡治疗肉瘤,Houy家族爱的记忆的乔恩•Houy Hardesty和加西亚家庭约翰尼Hardesty的爱的记忆。这个项目使用了UPMC希尔曼癌症中心,癌症药物动力学和药效学设施(CPPF),和支持的奖号。P30CA047904 R50CA211241。LM2和LM7 OS细胞博士的礼物Eugenie Kleinerman MD安德森癌症中心。