高脂微环境诱导巨噬细胞焦亡并通过NLRP3/IL-1β轴促进胰腺癌侵袭、迁移的机制研究

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胰腺癌是恶性程度最高、预后最差的消化系统肿瘤之一。肥胖状态下的高脂微环境是胰腺癌发生、发展的独立危险因素。然而,有关高脂微环境与胰腺癌发生和演进及预后的相关研究较少,且具体分子机制尚不明确。高脂微环境中巨噬细胞作为肿瘤免疫代谢的核心点,其诱导的慢性炎症在胰腺癌肿瘤微环境的形成过程中发挥着关键作用。深入研究高脂微环境中巨噬细胞在胰腺癌发生发展中的作用,有助于寻找新的诊断标记物和治疗靶点,对提高胰腺癌早期诊断率,改善患者预后具有重要临床意义。本研究围绕高脂微环境与胰腺癌的关系从以下两部分进行研究:(一)高脂血症与胰腺癌患者临床病理特征及预后的相关研究目的:探究高脂血症与胰腺癌患者临床病理特征的相关性及对患者长期预后的影响。方法:1.采用回顾性研究的方法选取2013年1月至2020年9月在山东大学齐鲁医院接受根治性手术治疗的265例胰腺癌患者,收集其临床、病理相关资料及随访信息。2.采用χ2检验、t检验、方差分析及logistic回归分析等统计学方法,分析高脂血症与胰腺癌的发病风险及临床病理参数之间的关系;采用Kaplan-Meier曲线和COX回归模型明确血脂水平对胰腺癌患者预后的影响。结果:1.高脂血症的胰腺癌患者有115例,占所有患者的43.40%,其中以甘油三酯异常为主(72.2%)。2.高脂血症胰腺癌患者组BMI≥25 kg/m2的比例显著高于血脂正常组(36.11%vs 21.21%,P=0.031),肿瘤位于胰头的比例更高(83.48%vs 40.67%,P<0.001),肿瘤T1/T2分期的比例均较高(79.13%vs 60.67%,P<0.001),而淋巴结转移的比例更高(36.52%vs 22.67%,P=0.013)。3.胰腺癌患者高脂血症与肿瘤部位(OR=10.529,P<0.001)、BMI指数(OR=3.671,P=0.008)显著相关;亚组分析发现甘油三酯、总胆固醇TC、高密度脂蛋白HDL异常均与肿瘤部位相关,同时甘油三酯异常与BMI指数,HDL高密度脂蛋白与肿瘤分期有相关性(P<0.05)。4.生存分析结果显示合并高脂血症胰腺癌患者的预后差于正常血脂患者,但是差异无统计学意义。故高脂血症不是影响胰腺癌患者术后总生存期的独立危险因素。结论:1.胰腺癌患者常合并高脂血症,其中以甘油三酯TG异常为主。2.高脂血症与胰腺癌患者的肿瘤位置、BMI指数、肿瘤分期等临床病理特征密切相关。3.合并高脂血症的胰腺癌患者的预后差于正常血脂的患者,但无统计学意义,需进行多中心、大样本量研究进一步验证。(二)高饱和脂肪酸诱导巨噬细胞焦亡并通过NLRP3/IL-1β轴促进胰腺癌细胞侵袭、迁移的机制研究目的:通过在体外构建高脂微环境,探讨高脂微环境下巨噬细胞焦亡及其相关炎症因子对胰腺癌细胞生物学功能的影响及其分子机制。方法:1.使用棕榈酸在体外构建高饱和脂肪酸微环境,并在此条件下培养巨噬细胞。采用流式细胞术方法检测巨噬细胞表型。2.在光学倒置显微镜下观察巨噬细胞形态学的变化,在荧光显微镜下观察经SYTOX Green荧光核酸染料染色的细胞膜完整性。3.使用Western Blotting和qRT-PCR分别检测NLRP3炎症小体的表达,Western Blotting检测炎症相关分子cleaved IL-lβ、cleaved IL-18,以及焦亡相关分子Caspase-1,GSDMD-N的蛋白表达水平;ELISA检测IL-18,IL-1β的释放水平;LDH试剂盒检测LDH的释放水平;使用CY-09抑制NLRP3炎症小体表达,再次检测上述指标,实验方法同上。4.建立巨噬细胞与胰腺癌细胞的共培养体系,分别使用CY-09抑制巨噬细胞中NLRP3炎症小体,Canakinumab中和巨噬细胞来源的IL-1β,EdU增殖实验、划痕、Transwell实验分别检测上述不同处理组胰腺癌细胞的生物学行为特性。Western blotting法检测胰腺癌细胞上皮细胞-间质转化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)表型的变化,免疫荧光试验检测EMT指标的变化。结果:1.在棕榈酸的刺激下,CD86+巨噬细胞的比例显著增加(P<0.01),巨噬细胞向M1表型极化。2.棕榈酸的刺激下,巨噬细胞肿胀呈圆球形状态,细胞膜出现焦亡特征性大气泡。同时细胞膜通透性显著增加,且与棕榈酸刺激的时间正相关。3.棕榈酸的刺激使巨噬细胞NLRP3炎症小体、cleaved IL-1β、cleaved IL-18的表达水平增加,并激活Caspase-1,使得GSDMD的N端切割;伴随细胞因子IL-1 β、IL-18及LDH的释放。抑制巨噬细胞中NLRP3炎症小体的表达后,上述指标均表达水平降低,同时减少了 IL-1β、IL-18及LDH的释放水平。4.棕榈酸处理的巨噬细胞条件培养基显著提高了胰腺癌细胞的增殖、迁移、侵袭能力,抑制巨噬细胞中NLRP3炎症小体表达或中和巨噬细胞中的IL-1β后,胰腺癌细胞的增殖、迁移、侵袭能力减弱。5.棕榈酸处理的巨噬细胞条件培养基抑制了胰腺癌细胞上皮标记物E-cadherin表达,同时促进间质标记物Vimentin表达,但是通过抑制NLRP3炎症小体表达或者减少IL-1β增加了 E-cadherin表达,降低Vimentin表达。结论:1.高脂微环境诱导巨噬细胞向促炎的M1表型分化,并通过Caspase-1/GSDMD途径诱导巨噬细胞焦亡,并在NLRP3炎症小体的介导下释放大量炎症因子IL-1β,进而促进胰腺癌细胞EMT,诱导胰腺癌细胞的迁移、侵袭。
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