胰腺癌细胞来源的外泌体对RAW264.7细胞破骨分化的影响及其机制的研究

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背景:胰腺癌(Pancreatic cancer,PC)作为恶性程度极高的肿瘤,预后很差,5年生存率仅为7.2%左右。有超过70%的胰腺癌患者患有恶病质,恶病质的发展最终导致对放疗和化疗的耐受性下降,并降低了总体生存率。因此,改善恶病质是提高胰腺癌患者整体生存率的关键。恶病质,定义为体重减轻和肌肉萎缩,是一种复杂的代谢综合症,超过50%的癌症患者具有恶病质表现。据估计恶病质占所有癌症患者直接死亡原因的约20%。有研究显示在体重减轻30%的肺癌患者的骨矿物质含量显着降低,表明恶病质与骨丢失有关。在肺癌,胰腺癌和结肠癌的临床前动物模型中显示出相似的结果。通过干预,可以减少胰腺癌增加的代谢基础,并可以通过病因学治疗减轻恶病质,从而延长化疗时间。但是,癌性相关的骨量减少的机理尚不清楚。胰腺癌细胞的外泌体在肿瘤进展,转移和化学耐药中起重要作用,并引起癌旁β细胞功能障碍,脂肪组织脂解和骨骼肌细胞胰岛素抵抗。外泌体由多种细胞类型和癌细胞分泌,并装有各种功能性生物分子(包括DNA,m RNA,非编码RNA(nc RNA),蛋白质和生物活性脂质)。这些由外泌体转移到受体细胞的生物活性成分在细胞间通讯中起着至关重要的作用。Micro RNA(mi RNA)是约22个核苷酸的单链内源非编码RNA,靶向RNA并调节转录后基因的表达,参与许多生物学过程,例如细胞增殖,分化和凋亡。外泌体可以保护mi RNA免受RNA酶的降解,并将mi RNA转运至受体细胞。有研究表明,外泌体mi RNA在代谢性疾病中起重要作用,其失调在癌症的发展和进程中起着至关重要的作用,它们可以根据特定情况下所调控的靶点而起抑癌或癌基因的作用。然而,人们对mi RNA在胰腺癌相关骨丢失中的作用了解甚少。因此,本研究旨在探讨胰腺癌源的外泌体是否参与恶病质的骨丢失,并着重于此过程中外泌体mi RNA的生物学功能以阐明其潜在机制。同时,我们将为发现纠正胰腺癌恶病质的潜在目标做出贡献,并在胰腺癌的背景下改善诊断和治疗。方法:使用超速离心法从Kras LSL-G12D/+,Trp53LSL-R172H/+,Pdx1-Cre小鼠来源的胰腺癌细胞(KPC cells)培养上清中提取外泌体(KPC-exosomes),以小鼠胰腺导管上皮细胞来源的外泌体作为对照(MPDC-exosomes),处理小鼠巨噬细胞系细胞(RAW264.7),检测破骨细胞分化及相关关键蛋白的表达情况,以验证胰腺癌细胞外泌体是否具有诱导破骨细胞分化能力。通过mi RNA基因芯片技术,我们了检测KPC-exosomes和MPDC-exosomes中mi RNAs的差异性表达,并利用KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genesand Genomes)信号通路富集分析Osteoclast differentiation相关信号通路,筛选差异性mi RNAs。利用mi RNA-mimics处理RAW264.7细胞,检测破骨细胞相关关键蛋白和m RNA的表达,对表达差异显著的若干mi RNAs进行初步的功能验证,利用双荧光素酶报告实验和回复实验,分析确定mi RNA和靶向基因的相互作用。结果:在本研究中,我们发现KPC细胞的外泌体(KPC-exosomes)在体外能诱导巨噬细胞系RAW264.7细胞分化为破骨细胞,并增加相应的标志蛋白的表达:NFAT2,TRAP,CTSK和MMP-9。在骨质疏松症模型中,骨体积分数和小梁厚度明显降低。芯片和KEGG分析表明,该过程至少部分受mi R-125a-5p/TNFRSF1B信号通路的控制。我们也通过RT-PCR和双荧光素酶报告实验验证了mi R-125a-5p和TNFRSF1B基因的关系,结果显示mi R-125a-5p通过与TNFRSF1B的3’-UTR结合而对TNFRSF1B的表达产生抑制作用。通过回复实验验证mi R-125a-5p通过靶向TNFRSF1B促进破骨细胞分化。结论:我们已经证明胰腺癌源的外泌体可以诱导破骨细胞分化,并且该过程受mi R-125a-5p/TNFRSF1B信号通路的控制。当前的研究为胰腺细胞源的外泌体对骨骼退化的作用机理提供了新的见解,并将有助于对PC与全身代谢之间关系的全面理解。随后的研究将探索有前途的外泌体mi RNA的潜力,包括功能验证和机制阐明。这项研究为改善胰腺癌恶病质的潜在目标提供了方向。
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