本研究通过SASP驱动的巨噬细胞极化,探讨拉帕替尼和奈拉替尼引起的肝毒性,从而在传统毒性检测之外提供更深入的作用机制理解。该方法揭示了衰老肝细胞如何影响免疫反应,对于评估药物的长期效应以及发现治疗药物性肝毒性的新靶点具有重要意义。
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本研究通过SASP驱动的巨噬细胞极化,探讨拉帕替尼和奈拉替尼引起的肝毒性,从而在传统毒性检测之外提供更深入的作用机制理解。该方法揭示了衰老肝细胞如何影响免疫反应,对于评估药物的长期效应以及发现治疗药物性肝毒性的新靶点具有重要意义。
拉帕替尼(Lapatinib)和奈拉替尼(neratinib)是已被批准用于治疗HER2阳性转移性乳腺癌的酪氨酸激酶抑制剂(TKIs),但其临床应用因肝毒性而受限。在肝细胞内,细胞色素P450酶可将这些药物代谢为活性代谢产物,导致DNA损伤、线粒体功能障碍和氧化应激,从而引起肝细胞损伤。这种细胞应激可触发肝细胞衰老,即一种生长停滞状态,并伴随分泌一系列促炎因子和组织重塑因子,称为衰老相关分泌表型(senescence-associated secretory phenotype, SASP)。SASP显著改变肝脏微环境,影响免疫细胞行为,并加剧组织损伤。我们发现,拉帕替尼和奈拉替尼可在HepG2肝细胞系中诱导细胞衰老及SASP的产生。此外,这些衰老细胞释放的SASP可促进RAW264.7巨噬细胞向M2样表型极化。尽管M2型巨噬细胞通常与抗炎反应和组织修复相关,但其过度或持续活化可能导致组织损伤和纤维化。我们的研究结果揭示了一种机制,即TKI诱导的肝细胞衰老及其SASP可调节免疫反应,并可能促成乳腺癌患者中的肝毒性。这凸显了靶向衰老细胞或SASP因子以减轻肝毒性、改善治疗效果的重要性,使得有效抗衰老药物(senotherapeutics)的发现成为一项关键的研究方向。目前尚无文献报道TKI诱导的肝细胞分泌组对巨噬细胞极化的影响。
拉帕替尼(Lapatinib)和奈拉替尼(neratinib)均为小分子酪氨酸激酶抑制剂(TKI),分别于2007年和2017年获得美国食品药品监督管理局(FDA)批准,用于治疗转移性乳腺癌1。这些药物可抑制人表皮生长因子受体2(HER2)2,该受体是一种在某些乳腺癌中过表达的受体酪氨酸激酶3。尽管这些药物在临床上取得了一定成功,但拉帕替尼和奈拉替尼也与不良反应相关,尤其是肝毒性4,5。在接受拉帕替尼或奈拉替尼治疗的患者中,约有14%会出现以转氨酶水平升高为表现的急性肝损伤6。这种肝毒性主要归因于药物在肝脏中的代谢过程,该过程涉及细胞色素P450(CYP)酶,尤其是CYP3A4/57,8。这些酶催化生成醌亚胺中间体,后者具有亲电性且高度反应活性9,10。这些活性代谢产物包括O-去烷基化拉帕替尼、N-去烷基化拉帕替尼、N-羟基拉帕替尼、O-去烷基化奈拉替尼以及N-去甲基化奈拉替尼,可与细胞大分子形成共价加合物,从而破坏正常的细胞功能,最终导致肝损伤11。
拉帕替尼和奈拉替尼的活性代谢产物还可诱导氧化应激,而氧化应激是细胞衰老的关键触发因素12。细胞衰老是一种生长停滞但代谢活跃的状态,其特征是分泌多种促炎性细胞因子、生长因子和蛋白酶。这种分泌表型被称为衰老相关分泌表型(senescence-associated secretory phenotype, SASP)13,14,15。SASP 可显著影响周围微环境,通常促进炎症反应和组织重塑。在癌症治疗背景下,SASP 可富集肿瘤干细胞群体,并改变免疫反应以利于肿瘤存活16。此外,促炎性细胞因子可能加剧组织损伤。我们推测,在接受拉帕替尼和奈拉替尼治疗的患者中,肝损伤部分归因于酪氨酸激酶抑制剂(TKI)诱导的细胞衰老及促炎性 SASP 的产生。
我们的实验表明,拉帕替尼和奈拉替尼可诱导肝细胞产生活性氧(ROS),导致DNA损伤和线粒体功能障碍,进而引发细胞衰老。这种衰老可能通过释放SASP因子影响巨噬细胞极化,从而导致拉帕替尼/奈拉替尼诱导的肝毒性。
巨噬细胞在免疫反应中发挥关键作用,其功能表型可因不同刺激而发生转变17,18。经典的M1型巨噬细胞通常与促炎反应相关,包括产生TNF-α和IL-1β等细胞因子,通常被视为急性炎症的标志19,20。相比之下,M2型巨噬细胞与纤维化、组织修复21、免疫抑制以及对慢性炎症的反应相关22,23。衰老相关分泌表型(SASP)中的炎症细胞因子可影响巨噬细胞的极化,促进M1型巨噬细胞向M2样表型转化23。这种极化状态的转变可能对免疫微环境产生重要影响,导致免疫抑制、肿瘤进展以及组织结构的重塑。
为了研究拉帕替尼和奈拉替尼诱导的巨噬细胞极化,我们采用了RAW264.7细胞系,这是一种在免疫学研究中常用的鼠源性类巨噬细胞系24,25。RAW264.7细胞来源于BALB/c小鼠,广泛用于炎症、吞噬作用及免疫应答的研究25。该细胞系可对多种刺激物(包括脂多糖(LPS))产生反应,因此在研究巨噬细胞功能、细胞因子产生以及肿瘤生物学方面具有重要价值26。在本研究中,使用拉帕替尼和奈拉替尼处理人肝癌细胞系HepG2,以模拟患者中观察到的肝毒性效应。由于HepG2细胞系具有人类来源和肝细胞癌谱系的特点,常被用作药物代谢和肝毒性研究的模型27。在使用酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)处理HepG2细胞后,收集条件培养基并将其加入RAW264.7细胞中。随后监测巨噬细胞的表型变化,重点关注该处理是否诱导巨噬细胞从促炎性的M1表型向免疫抑制性的M2表型转变。
药物诱导的肝毒性通常通过细胞毒性检测、炎症标志物评估以及动物模型来研究。与这些方法相比,我们通过衰老相关分泌表型(SASP)因子及其对巨噬细胞极化的影响来检测酪氨酸激酶抑制剂拉帕替尼(lapatinib)和奈拉替尼(neratinib)诱导的肝毒性,具有多项优势。首先,我们的方法建立了药物诱导的衰老肝细胞所产生的SASP因子与先天免疫之间的联系,这一联系可进一步延伸至组织重塑、慢性炎症及致癌过程28,29,30,31。传统的毒性筛查方法无法捕捉肝脏与免疫细胞之间的短期相互作用,也无法揭示酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)在长期药物暴露背景下对肝炎症和纤维化的长期影响。当结合适当的蛋白质组学方法以鉴定SASP组分时,该技术有助于识别TKI诱导肝毒性的预测性生物标志物,并为设计减轻该毒性的治疗干预措施提供依据29,30,31。
在实施过程中,研究人员应采用如上所述的肝细胞与免疫细胞系共培养或条件培养基系统,并评估衰老相关生物标志物以及M1和M2型巨噬细胞。该方法最适合用于评估药物诱导的急性或慢性肝损伤,或用于探索减少癌症治疗脱靶效应的策略29,30,31。
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1. 细胞培养
2. MTT 实验
3. SA-β-半乳糖苷酶检测
4. 活性氧检测
5. 条件培养基(CM)的收集
6. RAW264.7细胞中M1/M2型极化
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为评估酪氨酸激酶抑制剂拉帕替尼和奈拉替尼对肝细胞癌(HepG2)细胞的影响及其对巨噬细胞的下游旁分泌效应,开展了一系列实验。用不同浓度的拉帕替尼或奈拉替尼处理HepG2细胞,并在48小时后通过MTT法检测细胞活力(图1A、B)。根据存活曲线,选择2.5 µM的亚致死剂量用于后续实验。
该浓度能够显著诱导线粒体活性氧(ROS)水平升高,通过CellROX Deep Red染色得以显示,并经线粒体特异性染料MitoTracker Green共染色进一步证实(图2)。同时,通过检测SA-β-半乳糖苷酶活性以评估ROS相关的细胞衰老,结果显示处理后β-半乳糖苷酶活性显著增加(图3)。
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本研究探讨了通过收集经酪氨酸激酶抑制剂(TKI)处理的HepG2肝细胞的条件培养基,拉帕替尼或奈拉替尼治疗对巨噬细胞极化的间接影响。利用RAW264.7巨噬细胞,我们观察到在条件培养基作用下,巨噬细胞呈现M2表型,表现为ARG1表达上调。形态学上,处理后的巨噬细胞呈现出典型的增大和拉长形状,进一步支持M2样状态的诱导。下文将讨论该实验方案的关键步骤、可能的修改、故障排除、局限性以及与现有方法的比较。
维持TKI的剂量和暴露时间的一致性至关重要,因为变异可能影响衰老程度及SASP的产生。准确测定ROS和SA-β-半乳糖苷酶活性对于确认衰老诱导至关重要28,29。药物处理后必须进行充分洗涤和无血清孵育,以防止残留药物或血清因子污染,这些因素可能干扰巨噬细胞的后续效应28,29。条件培养基(CM)与新鲜培养基的比例以及细胞暴露时间必须标准化,以确保极化结果...
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作者声明不存在利益冲突。
作者感谢Shiv Nadar卓越机构提供的基础设施支持。本研究由科学技术部资助,项目编号为CRG/2022/003242。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| HepG2细胞系 | NCCS | 贴壁细胞系 | |
| RAW264.7 细胞系 | NCCS | 贴壁细胞系 | |
| DMEM(Dulbecco改良型Eagle培养基) | Himedia | AT066 | 高葡萄糖,粉末 |
| MEM(改良伊格尔培养基) | Gibco | 611100-053 | 粉末 |
| PBS(磷酸盐缓冲液) | Himedia | TS1101 | 粉末 |
| 胰蛋白酶-EDTA溶液 | Himedia | TCL007 | 溶液 |
| FBS(胎牛血清) | Himedia | RM1112 | 液体 |
| MTT 染料 | Himedia | TC191 | 粉末 |
| 拉帕替尼 | Selleckchem | S2111 | 粉末 |
| 奈拉替尼 | Cayman Chemical Company | 18404 | 粉末 |
| DMSO(二甲基亚砜) | Himedia | TC185 | 溶液 |
| 甲醛 | Rankem | F0080 | 溶液 |
| 戊二醛 | Sigma-Aldrich | 340855 | 溶液 |
| 柠檬酸一水合物,纯品 | Himedia | GRM229 | 粉末 |
| 无水磷酸氢二钠 | Himedia | MB024 | 粉末 |
| 亚铁氰化钾,K4[Fe(CN)6] | Fisher Scientific | P-236-500 | |
| 铁氰化钾,K3[Fe(CN)6] | Fisher Scientific | P-232-500 | |
| NaCl | SRL | 41721 | 粉末 |
| 六水合氯化镁 | Himedia | GRM-1068 | 粉末 |
| X-Gal | SRL | 45904 | 粉末 |
| 脂多糖 | Sigma-Aldrich | L6529 | |
| 人重组干扰素-γ | Himedia | CF040-20MCG | |
| Cell ROX 深红试剂 | Thermo Fisher Scientific | C10422 | |
| Hoechst | Invitrogen,赛默飞世尔科技 | H3570 | 粉末 |
| MitoTRACKER Green | Invitrogen,Thermo Fisher Scientific | 1842298 | 粉末 |
| 抗ARG1抗体 | 亲和力 | DF6657 | 溶液,计算分子量-35 kDa,观察分子量-65 kDa |
| 抗NOS2抗体 | Cloudo Clone Corp. | PAA837Hu01 | 溶液,计算分子量-130 kDa,观察分子量-65 kDa |
| 抗iNOS抗体 | 亲和力 | 溶液,计算分子量-130kDa,观察分子量-120kDa | |
| 抗GAPDH抗体 | Biobharati LifeScience Pvt. Ltd | BB-AB0060 | 溶液 |
| 抗兔抗体 | Cayman Chemical Company | 10004301 | 溶液 |
| 硝酸纤维素膜 | 默克密理博有限公司 | HATF00010(产品编号) | |
| femtoLUCENTTMPLUS HRP | G Bioscience | 786-003 | |
| 60 mm 培养皿 | NUCK | 150462 | |
| 96孔板, | NUCK | 165306 | |
| 细胞培养箱 | 赛默飞世尔科技 | 371 | |
| 显微镜 | 1. LEICA 倒置显微镜 2. 尼康共聚焦显微镜 | 1. DMIL LED 2. Ti2E,A1R | 两者均为型号编号 |
| iBright 成像系统 | Invitrogen,赛默飞世尔科技 | CL1500(型号) | |
| 酶标仪 | Bio-RAD | iMark 微孔板读数仪 | |
| 离心 | 赛默飞世尔科技 | Sorvall ST 8R(型号) |
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