Gal-1—恶性外周神经鞘瘤治疗的靶点

MPNST是一种预后较差的恶性肿瘤（5年生存率<50%），是1型神经纤维瘤病患者死亡增加的主要原因。手术切除神经纤维瘤是MPNST的主要治疗方法。对于无法切除或转移的疾病，化疗药物的疗效甚微。然而，目前还没有有效的系统治疗MPNST患者的方法。Ras信号通路在MPNST患者中普遍失调。众所周知， Gal-1是稳定膜Ras的关键，从而诱导Ras的活化。然而，Gal-1在MPNST进展中的作用尚不清楚。

今天小编带大家了解近期发表的关于Gal-1抑制诱导MPNST细胞凋亡的文章Galectin-1 inhibition induces cell apoptosis through dual suppression of CXCR4 and Ras pathways in human malignant peripheral nerve sheath tumors。
本研究采用细胞存活率、凋亡测定和菌落形成等方法，观察抑制Gal-1在MPNST细胞中的作用，以及使用人类MPNST异种移植模型来评估Gal-1抑制剂LLS2的生长和转移抑制作用。发现Gal-1的上调在MPNST的CXCR4和RAS/ERK通路中起着至关重要的作用。siRNA敲除Gal-1或LLS2处理能有效诱导MPNST细胞凋亡，抑制MPNST细胞系的生长。鉴于这些结果，我们认为Gal-1是治疗MPNST的良好靶点，LLS2是开发新的MPNST治疗方法的良好先导化合物。
结果：
1）Gal-1在MPNST中的表达
鉴于Ras是一种众所周知的致癌因子，且Ras活性受Gal-1调控，我们预测Gal-1是MPNST的治疗靶点。我们首先从Henderson和Nakayama的Oncomine数据集中检测了人类NF1的LGALS1转录水平，发现LGALS1在神经纤维瘤和MPNST中显著升高（图1A）。我们已经知道，NF1的缺失与NF1患者RAS/MAPK信号的激活有关。有报道称，在NF1患者中，CXCR4过表达。正如所料，在这两个数据集中，在NF1患者上，NF1表达下调，CXCR4表达上调。此外，还检测了人正常神经组织、神经纤维瘤和MPNST中Gal-1蛋白的表达水平。MPNST组Gal-1表达水平明显高于正常神经组织和神经纤维瘤（图1B）。

2）MPNST细胞中Gal-1消耗的影响
选择内源性Gal-1表达的NF96.2（NF1-/-）和NF02.2（NF1+/+）MPNST细胞系，进一步阐明Gal-1在MPNST中的功能（图2A，B）。用siRNA转染NF96.2和NF2.2 MPNST细胞，转染Gal-1后，如预期一样，western blot检测发现Gal-1表达降低（图2B）。此外，敲除Gal-1能够抑制细胞生长（图2C），诱导凋亡膜泡化（图2D）和半胱天冬酶活性（图2E）。这些结果表明，Gal-1的下调可降低MPNST细胞的活力，诱导细胞凋亡。

3）Gal-1基因敲除在体内表现出抗肿瘤活性

接下来我们评估了Gal-1基因下调对MPNST肿瘤生长的影响。在体内试验之前，我们进行了菌落形成试验。这种不依赖锚定的生长试验被认为是体内活性的一个很好的预测因子。转染靶向Gal-1的shRNA质粒后，Gal-1表达稳定。使用shGal-1质粒敲除Gal-1也会损害NF1 / NF96.2细胞生长（图3A）。NF96.2细胞在2周后形成菌落（图3B）。NF96.2细胞中Gal-1表达下调对菌落形成有明显的抑制作用。为了研究Gal-1介导的体内致瘤性，我们将表达对照shRNA或shGal-1的NF96.2荧光素酶标记细胞皮下注射到裸鼠体内。体内致瘤研究表明，Gal-1敲除显著抑制裸鼠肿瘤生长（图3C，D）。实验结束时，切除异种移植体并称重，以确认体内生物荧光成像结果（图3E）。这一发现表明Gal-1在MPNST的发生发展中具有致癌作用。
4）Ras信号被Gal-1的下调所抑制

RAS通路在MPNST中经常被激活。考虑到Gal-1对稳定膜Ras至关重要，从而诱导Ras的活化，我们研究了Gal-1的下调是否会影响Ras信号通路。我们使用了一个Ras下拉激活实验来测定活化的Ras水平。我们还评估了CXCR4、磷酸化MEK和磷酸化ERK的表达水平，这些都是癌症的重要治疗靶点。shRNA敲除Gal-1可显著降低活性Ras基因、CXCR4的表达以及MEK和ERK磷酸化的减少（图4B-4D）。进一步证实Gal-1下调是否通过下调Ras和CXCR4抑制MPNST细胞增殖，诱导细胞凋亡，将pcDNA-H-Ras（G12V）或pcDNA-CXCR4载体与shGal-1质粒共转染至NF96.2或NF2.2细胞（图4B，4C）。恢复H-Ras（G12V）或CXCR4可抑制Gal-1 shRNA转染细胞的凋亡和细胞死亡（图4E，4F）。总之，这些数据强烈表明，Gal-1的下调导致CXCR4和Ras/ERK通路的抑制，从而抑制癌细胞的增殖。
5）LLS2对MPNST细胞中Gal-1的药理抑制作用
Gal-1特异性siRNA对MPNST细胞生长抑制作用强，提示Gal-1是治疗NF1的理想靶点。LLS2是一种新型的小分子Gal-1抑制剂，通过筛选单粒双化合物组合文库鉴定。在实验中，测试了LLS2是否对MPNST细胞有类似的抗肿瘤作用。发现LLS2确实对NF96.2和NF2.2细胞具有毒性（图5A）。此外，还发现LLS2能够诱导这些MPNST细胞的凋亡并抑制菌落形成（图5B，5C）。用25μM LLS2处理24h后，Ras活性、CXCR4、MEK磷酸化和ERK磷酸化减少（图5D，5E）。

6）LLS2在NF1-/- NF96.2异种移植模型中具有抗肿瘤活性
为了进一步评估了LLS2对MPNST肿瘤生长的影响。我们通过皮下注射将NF96.2细胞植入裸鼠体内。实验结束时切除肿瘤并称重。发现LLS2显著降低了NF96.2肿瘤的生长（图6A-6C）。接下来，为了考虑MPNST的侵袭性，我们建立了肺转移模型来评估LLS2的转移抑制作用。研究表明，12周时，LLS2处理小鼠未发现肿瘤的迹象，而在对照组小鼠中观察到明显的肿瘤负荷（图6D）。这些研究证明了LLS2在体内抑制原发肿瘤生长和转移的治疗效果。