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2026年6月23日,南京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院、江蘇省中醫(yī)藥防治腫瘤協(xié)同創(chuàng)新中心程海波校長(zhǎng)團(tuán)隊(duì)、聯(lián)合南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院藥物生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫洋教授團(tuán)隊(duì)等單位聯(lián)合在Phytomedicine(中科院1區(qū),IF=11.3)發(fā)表題為 “Xian-Lian-Jie-Du Decoction suppresses colorectal cancer liver metastasis by inhibiting Plaur/Hbegf/EGFR-mediated actin cytoskeleton remodeling” 的研究論文。
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該研究聚焦結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移(colorectal cancer liver metastasis,CRLM)這一臨床難題,系統(tǒng)解析了仙連解毒方(Xian-Lian-Jie-Du Decoction,XLJDD)抑制肝轉(zhuǎn)移的潛在作用機(jī)制。研究通過(guò)小鼠體內(nèi)模型、細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、單細(xì)胞RNA測(cè)序以及成分分析等多維度手段發(fā)現(xiàn),XLJDD可通過(guò)靶向Plaur/Hbegf/EGFR相關(guān)通路,抑制腫瘤細(xì)胞肌動(dòng)蛋白骨架重塑,并削弱惡性細(xì)胞與腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞之間的Spp1-Cd44通訊。進(jìn)一步研究還鑒定出cyclogalegenin是一種可進(jìn)入肝轉(zhuǎn)移組織并直接結(jié)合Plaur的XLJDD來(lái)源成分,為闡明中藥復(fù)方抗結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的物質(zhì)基礎(chǔ)和機(jī)制提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
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【摘 要】
結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移(CRLM)仍是臨床治療中的重要挑戰(zhàn)。仙連解毒方(XLJDD)此前已顯示出抗結(jié)直腸癌活性,但其在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移中的作用機(jī)制尚不清楚。
本研究旨在闡明XLJDD抑制肝轉(zhuǎn)移的機(jī)制,并鑒定其靶向Plaur的活性成分。研究采用體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn),結(jié)合轉(zhuǎn)錄組、蛋白組和單細(xì)胞機(jī)制研究進(jìn)行綜合分析。研究人員通過(guò)脾內(nèi)注射CT26細(xì)胞建立CRLM小鼠模型,并整合轉(zhuǎn)錄組和蛋白組數(shù)據(jù)篩選候選靶點(diǎn);利用單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)描繪腫瘤微環(huán)境變化;通過(guò)劃痕實(shí)驗(yàn)、Transwell實(shí)驗(yàn)、鬼筆環(huán)肽染色以及體內(nèi)Plaur過(guò)表達(dá)救援模型進(jìn)行功能驗(yàn)證。同時(shí),研究采用UPLC-MS/MS分析XLJDD顆粒及其在生物樣本中的來(lái)源成分,并通過(guò)分子對(duì)接、表面等離子共振(SPR)和微量熱泳動(dòng)(MST)驗(yàn)證其與Plaur的結(jié)合能力;進(jìn)一步通過(guò)靶向UHPLC-MRM-MS/MS定量cyclogalegenin在肝組織中的暴露水平。
結(jié)果顯示,XLJDD能夠降低肝轉(zhuǎn)移組織中的轉(zhuǎn)移負(fù)荷。轉(zhuǎn)錄組與蛋白組整合分析提示,Plaur/Hbegf軸可能是XLJDD的重要作用靶點(diǎn)。機(jī)制上,Plaur促進(jìn)Mmp9相關(guān)的Hbegf釋放,而XLJDD可抑制EGFR/ERK信號(hào),并降低Fscn1、Cdc42ep1等細(xì)胞骨架相關(guān)效應(yīng)分子的表達(dá)。單細(xì)胞測(cè)序顯示,XLJDD減少了Plaur高表達(dá)的Car6+惡性細(xì)胞亞群,增加了Ifit1+干擾素反應(yīng)狀態(tài),并削弱了惡性細(xì)胞與Thbs1+腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞之間的Spp1-Cd44信號(hào)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明,Plaur過(guò)表達(dá)會(huì)削弱XLJDD的抗轉(zhuǎn)移作用。研究還鑒定出cyclogalegenin是一種可到達(dá)組織、能夠直接結(jié)合Plaur并抑制CT26細(xì)胞Plaur表達(dá)的XLJDD來(lái)源成分;靶向定量進(jìn)一步證實(shí),口服XLJDD后cyclogalegenin可在肝轉(zhuǎn)移組織中被檢測(cè)到。
綜上,XLJDD通過(guò)靶向Plaur、限制細(xì)胞骨架重塑并重塑轉(zhuǎn)移性腫瘤微環(huán)境,從而抑制CRLM。Cyclogalegenin可能作為一種直接結(jié)合Plaur的成分參與這一作用。
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01
研究背景及科學(xué)問(wèn)題
結(jié)直腸癌(CRC)是全球范圍內(nèi)重要的健康負(fù)擔(dān)。盡管外科手術(shù)和系統(tǒng)治療不斷進(jìn)步,晚期結(jié)直腸癌患者的預(yù)后仍不理想。遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是結(jié)直腸癌相關(guān)死亡的主要原因,其中肝臟是最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)移部位。結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移不僅取決于腫瘤細(xì)胞自身的惡性特征,也受到惡性細(xì)胞與肝臟腫瘤微環(huán)境(TME)之間動(dòng)態(tài)互作的影響。這些互作可促進(jìn)免疫逃逸、轉(zhuǎn)移定植和治療抵抗。因此,尋找可干預(yù)的關(guān)鍵靶點(diǎn),并發(fā)展能夠抑制肝臟轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)的策略,仍是當(dāng)前研究的重要方向。
中醫(yī)藥因其潛在的抑制腫瘤進(jìn)展和調(diào)節(jié)宿主免疫作用,近年來(lái)在腫瘤輔助治療研究中受到關(guān)注。仙連解毒方(XLJDD)是一種具有抗結(jié)直腸癌活性的中藥復(fù)方。既往研究提示,XLJDD可通過(guò)調(diào)節(jié)代謝模式、恢復(fù)腸道菌群穩(wěn)態(tài)來(lái)抑制結(jié)直腸癌進(jìn)展;多組學(xué)研究也提示其在結(jié)直腸癌中具有廣泛的調(diào)控效應(yīng)。此外,網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和實(shí)驗(yàn)研究表明,XLJDD可能通過(guò)多靶點(diǎn)、多通路發(fā)揮作用。然而,XLJDD抑制結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的機(jī)制仍不明確,尤其是在細(xì)胞骨架重塑、惡性細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及單細(xì)胞分辨率下腫瘤微環(huán)境重編程方面,仍缺乏系統(tǒng)闡釋。
尿激酶型纖溶酶原激活物受體(uPAR)由PLAUR編碼,是一種糖基磷脂酰肌醇錨定的膜受體,參與細(xì)胞外基質(zhì)重塑和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。PLAUR常在轉(zhuǎn)移性實(shí)體瘤中上調(diào),并與侵襲性表型相關(guān)。Plaur與細(xì)胞遷移、侵襲信號(hào)有關(guān),而肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架重塑被認(rèn)為是腫瘤轉(zhuǎn)移行為的重要決定因素。在這一過(guò)程中,Rho家族GTP酶以及肌動(dòng)蛋白束形成蛋白Fascin-1(Fscn1)是調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白動(dòng)態(tài)變化、絲狀偽足形成和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵因子。Plaur還可與表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)相關(guān)信號(hào)協(xié)同,進(jìn)一步促進(jìn)遷移和侵襲。因此,以Plaur為中心的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)可能是CRLM中具有治療意義的脆弱環(huán)節(jié)。
在本研究中,作者整合轉(zhuǎn)錄組、蛋白組和單細(xì)胞RNA測(cè)序,探究XLJDD如何抑制CRLM。研究數(shù)據(jù)支持Plaur/Hbegf軸是XLJDD的候選作用靶點(diǎn)。機(jī)制上,XLJDD抑制Plaur相關(guān)信號(hào),減少M(fèi)mp9相關(guān)的Hbegf釋放,抑制EGFR/ERK激活,并下調(diào)Fscn1、Cdc42ep1等細(xì)胞骨架相關(guān)效應(yīng)分子。單細(xì)胞分析進(jìn)一步顯示,XLJDD減少Plaur高表達(dá)的Car6+惡性細(xì)胞亞群,促進(jìn)Ifit1+干擾素反應(yīng)狀態(tài),并削弱惡性細(xì)胞與Thbs1+腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞之間Spp1-Cd44介導(dǎo)的通訊。此外,研究鑒定出cyclogalegenin是一種可進(jìn)入組織、直接結(jié)合Plaur并抑制CT26細(xì)胞Plaur表達(dá)的XLJDD來(lái)源成分。整體而言,這些發(fā)現(xiàn)為理解XLJDD抗結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移作用提供了機(jī)制框架。
02
重要發(fā)現(xiàn)及亮點(diǎn)
仙連解毒方顆粒的化學(xué)成分譜與質(zhì)量控制
為建立仙連解毒方的化學(xué)質(zhì)量控制基礎(chǔ),研究人員采用UPLC-MS/MS對(duì)XLJDD顆粒制劑進(jìn)行色譜分析。在正離子和負(fù)離子模式下均獲得了代表性總離子流圖,并在兩種電離模式下共注釋出40個(gè)特征峰。相應(yīng)鑒定出的植物化學(xué)成分,包括化合物名稱、m/z值、保留時(shí)間、加合離子和化學(xué)分類,列于補(bǔ)充表中。值得注意的是,本研究后續(xù)重點(diǎn)考察的Plaur結(jié)合成分cyclogalegenin被注釋為第19號(hào)峰。這些結(jié)果為本研究所用XLJDD顆粒提供了化學(xué)成分譜和質(zhì)量控制依據(jù)。
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圖1:仙連解毒方顆粒的化學(xué)成分譜與質(zhì)量控制。(A)仙連解毒方顆粒在正離子模式下的代表性UPLC-MS/MS總離子流圖。(B)負(fù)離子模式下的代表性UPLC-MS/MS總離子流圖。根據(jù)保留時(shí)間和質(zhì)譜鑒定結(jié)果,共注釋出40個(gè)特征峰,其中峰1–20對(duì)應(yīng)正離子模式,峰21–40對(duì)應(yīng)負(fù)離子模式。相應(yīng)鑒定出的植物化學(xué)成分列于補(bǔ)充表S2。Cyclogalegenin作為本研究進(jìn)一步考察的Plaur結(jié)合成分,在圖中標(biāo)記為第19號(hào)峰。
XLJDD減輕結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移小鼠模型的肝臟轉(zhuǎn)移負(fù)荷
研究首先在CT26脾內(nèi)注射建立的結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移小鼠模型中評(píng)價(jià)XLJDD的抗轉(zhuǎn)移作用。經(jīng)過(guò)3周處理后,模型組小鼠肝臟可見(jiàn)大量轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié),而XLJDD處理明顯降低肝臟轉(zhuǎn)移負(fù)荷,尤其是高劑量組效果更明顯。定量結(jié)果顯示,XLJDD可降低肝指數(shù)和肝表面可見(jiàn)轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)數(shù)量,且高劑量組作用更強(qiáng)。體重監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)XLJDD處理組在實(shí)驗(yàn)期間出現(xiàn)明顯毒性表現(xiàn)。
組織學(xué)分析進(jìn)一步支持上述結(jié)果。H&E染色顯示,模型組出現(xiàn)明顯腫瘤浸潤(rùn)和肝組織結(jié)構(gòu)破壞,而XLJDD處理減少了轉(zhuǎn)移病灶,并更好地保留了肝臟結(jié)構(gòu)。Cleaved caspase-3免疫組化結(jié)果提示,與未處理模型組相比,XLJDD處理后轉(zhuǎn)移病灶中的凋亡信號(hào)增加,陽(yáng)性面積定量結(jié)果也證實(shí)了這一變化。總體而言,這些結(jié)果表明XLJDD可在體內(nèi)減輕肝轉(zhuǎn)移負(fù)荷,并為后續(xù)機(jī)制研究提供依據(jù)。
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圖2:XLJDD減輕CT26小鼠結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移模型中的肝臟轉(zhuǎn)移負(fù)荷。(A)研究設(shè)計(jì)、動(dòng)物模型、藥物處理以及轉(zhuǎn)錄組/蛋白組和單細(xì)胞分析流程示意圖。(B)不同組別小鼠含轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)肝臟的大體圖像。(C)實(shí)驗(yàn)期間體重變化曲線。(D)肝指數(shù)(%)定量。(E)肝表面可見(jiàn)轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)數(shù)量定量。(F)肝轉(zhuǎn)移灶代表性H&E染色圖像。上方低倍圖中的黑色方框標(biāo)示下方放大區(qū)域,比例尺 = 1000 μm。(G)肝轉(zhuǎn)移病灶中cleaved caspase-3免疫組化染色代表性圖像。(H)cleaved caspase-3陽(yáng)性面積(%)定量。IHC評(píng)分采用ImageJ計(jì)算。Normal,正常對(duì)照組;Model,CT26肝轉(zhuǎn)移模型組;XLJDD-L,XLJDD低劑量組;XLJDD-H,XLJDD高劑量組;5-FU,氟尿嘧啶陽(yáng)性對(duì)照組。數(shù)據(jù)以均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差表示。ns,無(wú)顯著性差異;*P < 0.05,**P < 0.01。
轉(zhuǎn)錄組與蛋白組整合分析提示Plaur/Hbegf軸是XLJDD的候選作用靶點(diǎn)
為闡明XLJDD的作用機(jī)制,研究人員對(duì)肝轉(zhuǎn)移組織進(jìn)行了配對(duì)轉(zhuǎn)錄組和蛋白組分析。結(jié)果顯示,XLJDD在RNA和蛋白水平均誘導(dǎo)了廣泛分子變化。對(duì)下調(diào)特征進(jìn)行通路富集分析發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)錄組層面的變化主要與受體酪氨酸激酶和MAPK相關(guān)信號(hào)通路有關(guān);蛋白組下調(diào)特征則富集于轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA損傷/修復(fù)和ERBB信號(hào)相關(guān)通路。
進(jìn)一步整合轉(zhuǎn)錄組和蛋白組數(shù)據(jù)后,研究發(fā)現(xiàn)Hbegf等分子在XLJDD處理后出現(xiàn)共同下調(diào),而Plaur在后續(xù)整合分析中被提示為與Hbegf密切相關(guān)的候選靶點(diǎn)。相關(guān)性分析顯示Plaur與Hbegf表達(dá)呈強(qiáng)正相關(guān),蛋白互作網(wǎng)絡(luò)也支持二者之間存在緊密功能聯(lián)系。qRT-PCR和Western blot驗(yàn)證進(jìn)一步表明,XLJDD可在體內(nèi)降低Plaur和Hbegf的mRNA及蛋白表達(dá)。
隨后,研究人員利用公共結(jié)直腸癌數(shù)據(jù)集評(píng)價(jià)PLAUR的臨床相關(guān)性。GEPIA2分析顯示,與正常組織相比,PLAUR mRNA在結(jié)直腸腫瘤中表達(dá)更高。TNMplot分析進(jìn)一步顯示,與原發(fā)腫瘤和正常組織相比,PLAUR在轉(zhuǎn)移樣本中表達(dá)升高。Kaplan–Meier生存分析顯示,PLAUR高表達(dá)與結(jié)直腸癌患者較差總生存相關(guān)。這些結(jié)果共同支持Plaur可能是XLJDD在CRLM中發(fā)揮作用的臨床相關(guān)候選靶點(diǎn)。
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圖3:轉(zhuǎn)錄組與蛋白組整合分析及公共數(shù)據(jù)集驗(yàn)證支持Plaur/Hbegf軸是XLJDD的候選治療靶點(diǎn)。(A)XLJDD處理組與模型組之間轉(zhuǎn)錄組分析鑒定出的差異表達(dá)基因火山圖。差異表達(dá)基因定義為q值 < 0.05且|log?倍數(shù)變化| > 1。(B)XLJDD處理組與模型組之間蛋白組分析鑒定出的差異表達(dá)蛋白火山圖。差異表達(dá)蛋白采用相同閾值定義。(C)韋恩圖顯示模型組上調(diào)特征與XLJDD處理后下調(diào)特征之間的重疊;重疊靶點(diǎn)包括Hbegf、Prdx2、Dpep2和Msln。(D)Pearson相關(guān)性分析顯示Plaur與Hbegf表達(dá)呈正相關(guān)。(E)蛋白–蛋白互作網(wǎng)絡(luò)顯示Plaur、Hbegf、Egfr、Mmp9、Mmp2、Adam17及相關(guān)分子之間的功能關(guān)聯(lián)。(F)qRT-PCR驗(yàn)證不同組肝轉(zhuǎn)移組織中Plaur和Hbegf mRNA水平。(G)Western blot代表性圖像顯示肝轉(zhuǎn)移組織中Plaur和Hbegf蛋白表達(dá)。(H,I)Plaur和Hbegf蛋白表達(dá)的灰度定量,并以β-actin進(jìn)行歸一化。(J)GEPIA2箱線圖顯示,與正常組織相比,結(jié)腸腺癌(COAD)和直腸腺癌(READ)中PLAUR表達(dá)情況。(K)TNMplot箱線圖顯示正常組織、原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸樣本中PLAUR表達(dá)情況。(L)Kaplan–Meier Plotter總生存曲線顯示PLAUR高表達(dá)與結(jié)直腸癌不良預(yù)后之間的關(guān)聯(lián)。適用時(shí),數(shù)據(jù)以單個(gè)數(shù)值及均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差表示。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性采用單因素方差分析并進(jìn)行Tukey多重比較檢驗(yàn)。*P < 0.05,**P < 0.01。
單細(xì)胞RNA測(cè)序揭示XLJDD減少Plaur高表達(dá)惡性細(xì)胞亞群并促進(jìn)干擾素反應(yīng)狀態(tài)
為明確XLJDD的細(xì)胞作用對(duì)象,并在單細(xì)胞分辨率下解析腫瘤微環(huán)境變化,研究人員對(duì)肝轉(zhuǎn)移灶中分離出的活細(xì)胞進(jìn)行了scRNA-seq分析。質(zhì)量控制后,無(wú)監(jiān)督聚類和UMAP可視化識(shí)別出腫瘤細(xì)胞、髓系細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、T/NK細(xì)胞、漿細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和肝細(xì)胞等主要細(xì)胞群。經(jīng)典標(biāo)志基因支持這些細(xì)胞注釋。進(jìn)一步對(duì)惡性上皮細(xì)胞區(qū)室進(jìn)行再聚類顯示,惡性細(xì)胞具有明顯異質(zhì)性,標(biāo)志基因支持不同惡性細(xì)胞亞群的注釋。
隨后,研究采用MiloR差異豐度分析評(píng)估XLJDD處理相關(guān)的惡性細(xì)胞狀態(tài)變化。結(jié)果顯示,XLJDD引起惡性細(xì)胞鄰域的廣泛重塑;亞群水平分析顯示,Car6+惡性細(xì)胞亞群減少,而Ifit1+亞群增加。Plaur表達(dá)尤其富集于Car6+惡性細(xì)胞亞群。擬時(shí)序分析進(jìn)一步提示細(xì)胞軌跡趨向終末Car6+狀態(tài),而XLJDD處理與向Ifit1+狀態(tài)偏移相關(guān)。
單細(xì)胞代謝通路評(píng)分顯示,XLJDD處理后惡性細(xì)胞功能程序發(fā)生改變,包括脂肪酸、丙酮酸、花生四烯酸、鞘脂以及谷氨酸/谷氨酰胺代謝等。通路評(píng)分進(jìn)一步提示,XLJDD處理后惡性細(xì)胞發(fā)生廣泛功能重編程,涉及代謝、蛋白穩(wěn)態(tài)以及抗原呈遞相關(guān)通路。轉(zhuǎn)錄因子分析顯示,XLJDD處理組中Stat1、Irf1、Irf7等干擾素相關(guān)調(diào)控子活性增強(qiáng),提示其與I型干擾素反應(yīng)狀態(tài)一致。總體來(lái)看,XLJDD可減少Plaur高表達(dá)惡性細(xì)胞狀態(tài),并促進(jìn)腫瘤向更具干擾素反應(yīng)性的表型轉(zhuǎn)變。
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圖4:scRNA-seq揭示XLJDD處理后惡性上皮細(xì)胞異質(zhì)性及治療相關(guān)細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換。(A)UMAP圖顯示腫瘤細(xì)胞再聚類后識(shí)別出的惡性上皮細(xì)胞亞群。(B)投影到UMAP上的差異鄰域豐度分析,顯示對(duì)照組與藥物處理組之間惡性細(xì)胞狀態(tài)的治療相關(guān)變化。(C)惡性上皮細(xì)胞亞群中鄰域log倍數(shù)變化分布,突出XLJDD處理后的亞群特異性變化。(D)小提琴圖顯示Plaur在惡性上皮細(xì)胞各亞群中的表達(dá)。(E)惡性上皮細(xì)胞擬時(shí)序軌跡分析,左圖按細(xì)胞亞群著色,右圖按擬時(shí)序著色。(F)熱圖顯示惡性上皮細(xì)胞中單細(xì)胞代謝通路活性的治療相關(guān)變化。(G)熱圖顯示對(duì)照組與藥物處理組惡性上皮細(xì)胞之間差異富集通路。(H)轉(zhuǎn)錄因子/調(diào)控子活性分析顯示對(duì)照組與藥物處理組之間差異調(diào)控子活性;下方圖顯示每組中排序后的調(diào)控子重要性。Control,模型組;Drug,XLJDD處理組;logFC,log倍數(shù)變化;UMAP,統(tǒng)一流形近似與投影。
XLJDD削弱Plaur高表達(dá)惡性細(xì)胞與腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞之間的促轉(zhuǎn)移通訊
鑒于XLJDD明顯改變了腫瘤微環(huán)境,研究進(jìn)一步分析了scRNA-seq數(shù)據(jù)中的髓系細(xì)胞區(qū)室。UMAP分析在肝轉(zhuǎn)移生態(tài)位中識(shí)別出多個(gè)髓系細(xì)胞亞群,其中包括一個(gè)明確的Thbs1+腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)亞群。差異豐度分析顯示,XLJDD處理后髓系細(xì)胞狀態(tài)發(fā)生廣泛重塑;亞群變化提示Thbs1+ TAM群體在處理后減少。Plaur表達(dá)在Thbs1+ TAM亞群中相對(duì)富集。擬時(shí)序分析進(jìn)一步提示髓系細(xì)胞軌跡趨向終末Thbs1+ TAM狀態(tài),而XLJDD處理與遠(yuǎn)離該狀態(tài)相關(guān)。
單細(xì)胞通路和調(diào)控子分析進(jìn)一步顯示,XLJDD處理引起髓系細(xì)胞重編程,包括花生四烯酸、類固醇、糖鞘脂和鞘脂代謝變化,以及氧化磷酸化相關(guān)通路和干擾素相關(guān)轉(zhuǎn)錄程序改變。CellChat分析顯示,SPP1為中心的信號(hào)在轉(zhuǎn)移生態(tài)位中較為突出,并在XLJDD處理后減弱。聚焦Car6+惡性細(xì)胞與Thbs1+ TAM之間互作后,研究發(fā)現(xiàn)顯著的Spp1-Cd44互作在XLJDD處理后被削弱。進(jìn)一步的Plaur過(guò)表達(dá)實(shí)驗(yàn)顯示,Plaur過(guò)表達(dá)可增加CT26細(xì)胞中Spp1 mRNA表達(dá)及培養(yǎng)上清中分泌型SPP1水平。在CT26–RAW264.7共培養(yǎng)體系中,與Plaur過(guò)表達(dá)CT26細(xì)胞共培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出CD44、Arg1和Mrc1蛋白表達(dá)增加。這些結(jié)果支持Spp1-Cd44相關(guān)巨噬細(xì)胞程序至少部分與腫瘤細(xì)胞Plaur活性有關(guān)。
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圖5:scRNA-seq揭示XLJDD處理后髓系細(xì)胞狀態(tài)重塑以及Car6+惡性細(xì)胞與Thbs1+ TAM之間通訊改變。(A)UMAP圖顯示肝轉(zhuǎn)移組織中識(shí)別出的髓系細(xì)胞亞群。(B)投影到UMAP上的差異鄰域豐度分析,顯示對(duì)照組與藥物處理組之間髓系細(xì)胞狀態(tài)的治療相關(guān)變化。(C)髓系細(xì)胞亞群中鄰域log倍數(shù)變化分布,突出XLJDD處理后的亞群特異性變化。(D)小提琴圖顯示Plaur在髓系細(xì)胞各亞群中的表達(dá)。(E)髓系細(xì)胞擬時(shí)序軌跡分析,左圖按細(xì)胞亞群著色,右圖按擬時(shí)序著色。(F)熱圖顯示髓系細(xì)胞中單細(xì)胞代謝通路活性的治療相關(guān)變化。(G)轉(zhuǎn)錄因子/調(diào)控子活性分析顯示對(duì)照組與藥物處理組之間差異調(diào)控子活性;下方圖顯示每組中排序后的調(diào)控子重要性。(H)點(diǎn)圖顯示對(duì)照組和藥物處理組中以Car6+惡性細(xì)胞與Thbs1+ TAM為中心的選定配體–受體互作。Control,模型組;Drug,XLJDD處理組;TAMs,腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞;Comm. Prob.,通訊概率;UMAP,統(tǒng)一流形近似與投影。
Plaur敲低抑制CT26細(xì)胞遷移、侵襲和肌動(dòng)蛋白骨架重塑
為研究Plaur在結(jié)直腸癌細(xì)胞中的作用,研究人員構(gòu)建了穩(wěn)定敲低或過(guò)表達(dá)Plaur的CT26細(xì)胞系,并通過(guò)qRT-PCR和Western blot確認(rèn)轉(zhuǎn)染效率。在劃痕實(shí)驗(yàn)中,與匹配對(duì)照細(xì)胞相比,Plaur敲低顯著減緩劃痕閉合。Transwell實(shí)驗(yàn)也顯示,Plaur敲低明顯降低CT26細(xì)胞侵襲能力。
為探索Plaur與細(xì)胞骨架重塑之間的下游機(jī)制,研究人員對(duì)Plaur敲低和對(duì)照CT26細(xì)胞進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,并將Plaur敲低后下調(diào)基因與XLJDD體內(nèi)處理后下調(diào)基因取交集,獲得131個(gè)共同下調(diào)基因。對(duì)這些重疊基因進(jìn)行通路富集分析發(fā)現(xiàn),相關(guān)通路集中于RHO家族GTP酶信號(hào),包括RHOA、RHOB、RAC1 GTP酶循環(huán)相關(guān)過(guò)程,提示Plaur在功能上與肌動(dòng)蛋白骨架動(dòng)態(tài)變化和絲狀偽足形成有關(guān)。qRT-PCR進(jìn)一步驗(yàn)證了Arhgef25、Cdc42ep1、Fscn1和Hbegf等Plaur相關(guān)下游基因的變化。
由于細(xì)胞遷移依賴肌動(dòng)蛋白骨架重塑和絲狀偽足形成,研究進(jìn)一步采用鬼筆環(huán)肽染色并通過(guò)共聚焦顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài)。Plaur敲低細(xì)胞表現(xiàn)出較弱的極性形態(tài)和較少的絲狀偽足,絲狀偽足密度定量也證實(shí)了這一變化。此外,公共結(jié)直腸癌數(shù)據(jù)集分析顯示,人結(jié)直腸癌組織中PLAUR與FSCN1 mRNA表達(dá)呈正相關(guān)。以上結(jié)果支持Plaur通過(guò)調(diào)控肌動(dòng)蛋白骨架重塑促進(jìn)轉(zhuǎn)移相關(guān)行為。
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圖6:Plaur敲低削弱CT26細(xì)胞遷移、侵襲和肌動(dòng)蛋白骨架重塑。(A)對(duì)照(NC)和Plaur敲低(KD)CT26細(xì)胞在0、12、24和48 h的代表性劃痕實(shí)驗(yàn)圖像。(B)NC和KD細(xì)胞在指定時(shí)間點(diǎn)的劃痕閉合定量。(C)NC和KD細(xì)胞Transwell侵襲實(shí)驗(yàn)代表性圖像。(D)Transwell實(shí)驗(yàn)中侵襲細(xì)胞定量。(E)韋恩圖顯示Plaur敲低CT26細(xì)胞中下調(diào)基因與XLJDD體內(nèi)處理后下調(diào)基因之間的重疊,共鑒定出131個(gè)共同下調(diào)基因。(F)131個(gè)共同下調(diào)基因的通路富集分析,突出RHO家族GTP酶信號(hào)相關(guān)通路。(G)qRT-PCR驗(yàn)證與Plaur相關(guān)的選定下游基因,包括Arhgef25、Cdc42ep1、Fscn1和Hbegf。(H)鬼筆環(huán)肽染色F-actin和DAPI染色細(xì)胞核的代表性共聚焦圖像,NC和KD細(xì)胞中放大視圖顯示絲狀偽足。(I)基于鬼筆環(huán)肽染色圖像定量絲狀偽足密度。(J)公共結(jié)直腸癌數(shù)據(jù)集中PLAUR與FSCN1表達(dá)正相關(guān)分析。數(shù)據(jù)來(lái)自三次獨(dú)立實(shí)驗(yàn),以均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差表示。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性采用非配對(duì)Student t檢驗(yàn)。*P < 0.05,**P < 0.01。NC,陰性對(duì)照;KD,Plaur敲低細(xì)胞;DAPI,4′,6-二脒基-2-苯基吲哚。
XLJDD抑制Plaur相關(guān)Mmp9/Hbegf信號(hào)、EGFR/ERK激活及細(xì)胞骨架效應(yīng)分子
鑒于Plaur與細(xì)胞周圍蛋白水解和生長(zhǎng)因子釋放相關(guān),研究首先考察Plaur是否影響CT26細(xì)胞中Mmp9相關(guān)的Hbegf信號(hào)。Western blot及灰度定量顯示,Plaur敲低降低Mmp9蛋白表達(dá),而Plaur過(guò)表達(dá)相對(duì)于對(duì)應(yīng)陰性對(duì)照增加Mmp9表達(dá)。Hbegf蛋白水平也隨Plaur操作而改變。培養(yǎng)上清中分泌型Hbegf水平呈現(xiàn)Plaur相關(guān)趨勢(shì),即過(guò)表達(dá)條件下高于敲低條件,盡管與相應(yīng)對(duì)照的成對(duì)比較變化較為溫和。這些數(shù)據(jù)提示Plaur與CT26細(xì)胞中的Mmp9/Hbegf相關(guān)信號(hào)有關(guān),其中Mmp9顯示出最一致的Plaur依賴性變化。
隨后,研究檢測(cè)了XLJDD處理小鼠肝轉(zhuǎn)移組織中的下游信號(hào)和細(xì)胞骨架相關(guān)效應(yīng)分子。qRT-PCR顯示,XLJDD降低Fscn1、Arhgef25、Cdc42ep1和Rtkn的mRNA表達(dá),且高劑量組抑制作用更強(qiáng)。Western blot結(jié)果與之相符,顯示XLJDD降低肝轉(zhuǎn)移組織中Mmp9、Cdc42ep1和Fscn1蛋白水平,并通過(guò)三次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的灰度定量得到驗(yàn)證。XLJDD還顯著降低Egfr和Erk磷酸化,表現(xiàn)為p-Egfr/Egfr和p-Erk/Erk比值下降。總體而言,這些數(shù)據(jù)提示XLJDD可抑制Mmp9/Hbegf相關(guān)信號(hào)、EGFR/ERK激活以及與轉(zhuǎn)移行為相關(guān)的細(xì)胞骨架效應(yīng)分子。
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圖7:Plaur相關(guān)Mmp9/Hbegf信號(hào)以及XLJDD介導(dǎo)的EGFR/ERK激活和細(xì)胞骨架效應(yīng)分子抑制。(A)Western blot分析Plaur敲低和Plaur過(guò)表達(dá)CT26細(xì)胞及其相應(yīng)陰性對(duì)照中Mmp9和Hbegf蛋白表達(dá),GAPDH作為上樣對(duì)照。(B,C)Mmp9和Hbegf蛋白表達(dá)的灰度定量,并以GAPDH歸一化。KD與NC1比較,OE與NC2比較。(D)NC1、KD、NC2和OE CT26細(xì)胞培養(yǎng)上清中的分泌型Hbegf水平。(E)qRT-PCR分析指定組肝轉(zhuǎn)移組織中Fscn1、Arhgef25、Cdc42ep1和Rtkn mRNA表達(dá)。(F,G)Western blot分析肝轉(zhuǎn)移組織中Mmp9和Cdc42ep1蛋白表達(dá)及灰度定量,β-actin作為上樣對(duì)照。(H,I)Western blot分析肝轉(zhuǎn)移組織中Fscn1蛋白表達(dá)及灰度定量,GAPDH作為上樣對(duì)照。(J,K)Western blot分析Egfr和p-Egfr,并定量p-Egfr/Egfr比值。(L,M)Western blot分析Erk和p-Erk,并定量p-Erk/Erk比值。圖中顯示三次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的代表性Western blot圖像。數(shù)據(jù)以單個(gè)數(shù)值及均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差表示。KD與NC1、OE與NC2之間的預(yù)設(shè)比較采用非配對(duì)Student t檢驗(yàn);多組組織比較采用單因素方差分析并進(jìn)行Tukey多重比較檢驗(yàn)。ns,無(wú)顯著性差異;*P < 0.05,**P < 0.01。
Plaur過(guò)表達(dá)削弱XLJDD在體內(nèi)的抗轉(zhuǎn)移作用
為判斷XLJDD的抗轉(zhuǎn)移效應(yīng)是否依賴Plaur抑制,研究人員采用對(duì)照CT26細(xì)胞(NC)或Plaur過(guò)表達(dá)CT26細(xì)胞(Plaur-OE)進(jìn)行體內(nèi)救援實(shí)驗(yàn)。大體觀察顯示,在NC背景下,XLJDD顯著降低肝臟轉(zhuǎn)移負(fù)荷;但Plaur過(guò)表達(dá)明顯削弱這一作用。與NC+XLJDD組相比,OE+XLJDD組仍出現(xiàn)廣泛肝轉(zhuǎn)移,腫瘤負(fù)荷顯著增加。定量分析進(jìn)一步顯示,Plaur過(guò)表達(dá)逆轉(zhuǎn)了XLJDD引起的肝指數(shù)下降和肝表面可見(jiàn)轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)減少。體重曲線顯示,實(shí)驗(yàn)期間未觀察到明顯體重下降。
在分子層面,肝轉(zhuǎn)移組織qRT-PCR結(jié)果顯示,即使接受XLJDD處理,Plaur過(guò)表達(dá)仍增加Plaur表達(dá),并部分恢復(fù)Hbegf、Fscn1和Cdc42ep1表達(dá)。組織學(xué)分析顯示,NC+XLJDD組中XLJDD限制了轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)并保護(hù)肝組織結(jié)構(gòu),而OE+XLJDD組顯示更廣泛的腫瘤浸潤(rùn)和組織破壞。Ki67免疫組化進(jìn)一步顯示,Plaur過(guò)表達(dá)抵消了XLJDD的抗增殖作用。同時(shí),Plaur免疫組化證實(shí),過(guò)表達(dá)組腫瘤組織中Plaur表達(dá)在XLJDD處理下仍然維持;FSCN1染色則顯示,Plaur過(guò)表達(dá)削弱了XLJDD對(duì)這一細(xì)胞骨架相關(guān)效應(yīng)分子的抑制。上述救援實(shí)驗(yàn)支持Plaur是介導(dǎo)XLJDD抗CRLM作用的關(guān)鍵功能靶點(diǎn)。
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圖8:Plaur過(guò)表達(dá)削弱XLJDD在體內(nèi)的抗轉(zhuǎn)移作用。(A)注射對(duì)照CT26細(xì)胞(NC)或Plaur過(guò)表達(dá)CT26細(xì)胞(Plaur-OE)并接受或未接受XLJDD處理的小鼠肝臟代表性大體圖像。(B)指定組肝指數(shù)定量。(C)指定組肝表面可見(jiàn)轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié)數(shù)量定量。(D)qRT-PCR分析指定組肝轉(zhuǎn)移組織中Plaur、Hbegf、Fscn1和Cdc42ep1 mRNA表達(dá)。(E)肝轉(zhuǎn)移病灶代表性H&E染色圖像。上方面板中的黑色方框表示下方面板放大區(qū)域。(F)肝轉(zhuǎn)移組織中Ki67免疫組化代表性染色。(G)肝轉(zhuǎn)移組織中Plaur免疫組化代表性染色。(H)肝轉(zhuǎn)移組織中FSCN1免疫組化代表性染色。(I)Ki67陽(yáng)性面積定量。(J)Plaur陽(yáng)性面積定量。(K)FSCN1陽(yáng)性面積定量。B–D和I–K圖中的數(shù)據(jù)以單個(gè)數(shù)值及均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差表示。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性采用單因素方差分析并進(jìn)行Tukey多重比較檢驗(yàn)。ns,無(wú)顯著性差異;*P < 0.05,**P < 0.01。NC,對(duì)照CT26組;NC+XLJDD,XLJDD處理的對(duì)照CT26組;Plaur-OE,Plaur過(guò)表達(dá)CT26組;OE+XLJDD,XLJDD處理的Plaur過(guò)表達(dá)CT26組;H&E,蘇木精-伊紅染色。
Cyclogalegenin是可進(jìn)入肝轉(zhuǎn)移組織并結(jié)合Plaur的XLJDD來(lái)源成分
為識(shí)別可能參與Plaur靶向的活性成分,研究人員通過(guò)UPLC-MS/MS分析了生物樣本中的XLJDD來(lái)源化合物。在小鼠血清和肝轉(zhuǎn)移組織中檢測(cè)到多種吸收成分,代表性色譜圖顯示cyclogalegenin存在于兩個(gè)樣本區(qū)室。化學(xué)超類分析顯示,這些吸收成分屬于多種化學(xué)類別,其中萜類以及類固醇/類固醇衍生物占比較高。來(lái)源追蹤進(jìn)一步提示,檢測(cè)到的吸收成分來(lái)源于XLJDD中多味組成藥材。與此同時(shí),對(duì)apigenin、astragenol、cyclogalegenin、naringenin和sophoridine等代表性吸收候選成分進(jìn)行分子對(duì)接分析,支持多種XLJDD來(lái)源成分具有與Plaur互作的潛力。基于組織可及性和預(yù)測(cè)的Plaur結(jié)合能力,作者選擇cyclogalegenin進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。
Cyclogalegenin的化學(xué)結(jié)構(gòu)被展示后,分子對(duì)接預(yù)測(cè)其可在Plaur結(jié)合口袋內(nèi)形成穩(wěn)定結(jié)合構(gòu)象,并與ARG-48、GLU-91、THR-50、ASP-275、SER-276、TRP-267、HIS-187和LEU-189等周圍殘基發(fā)生相互作用。為進(jìn)一步判斷cyclogalegenin能否在細(xì)胞水平調(diào)控Plaur表達(dá),研究人員使用不同濃度cyclogalegenin處理CT26細(xì)胞。qRT-PCR顯示,cyclogalegenin處理12 h后可降低Plaur mRNA表達(dá);Western blot進(jìn)一步證實(shí),處理24 h后Plaur蛋白表達(dá)呈濃度依賴性下降。這些結(jié)果提示,cyclogalegenin不僅被預(yù)測(cè)可結(jié)合Plaur,還能抑制CT26細(xì)胞中Plaur表達(dá)。
為定量口服XLJDD后靶組織中的成分暴露,研究進(jìn)一步采用靶向UHPLC-MRM-MS/MS檢測(cè)肝轉(zhuǎn)移組織中cyclogalegenin含量。結(jié)果顯示,在3份XLJDD處理小鼠肝轉(zhuǎn)移組織樣本中均可定量檢測(cè)到cyclogalegenin,濃度分別為504.31、1026.37和484.10 ng/g組織,平均濃度為671.59 ± 307.41 ng/g組織。Cyclogalegenin標(biāo)準(zhǔn)品和肝轉(zhuǎn)移組織樣本的代表性提取離子色譜圖顯示一致的保留時(shí)間,約為7.35–7.37 min,支持靶向定量結(jié)果的可靠性。這些數(shù)據(jù)證實(shí),口服XLJDD后cyclogalegenin可到達(dá)肝轉(zhuǎn)移組織。
最后,研究采用生物物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證cyclogalegenin與Plaur之間的直接結(jié)合。SPR分析顯示,cyclogalegenin與重組Plaur呈濃度依賴性結(jié)合。MST進(jìn)一步確認(rèn)了這種相互作用,并得到解離常數(shù)Kd為36.74 ± 3.34 μM。除cyclogalegenin外,補(bǔ)充分子對(duì)接和生物物理分析還顯示naringenin也可與Plaur互作,MST測(cè)得Kd為7.32 ± 0.81 μM。總體而言,這些結(jié)果鑒定出cyclogalegenin是XLJDD中一種可進(jìn)入組織并結(jié)合Plaur的成分,并提示多種吸收成分可能共同參與Plaur中心通路調(diào)控。
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圖9:Cyclogalegenin是一種可進(jìn)入組織并結(jié)合Plaur、同時(shí)抑制Plaur表達(dá)的成分。(A)代表性色譜圖顯示XLJDD給藥后小鼠血清中檢測(cè)到的吸收成分。(B)代表性色譜圖顯示XLJDD處理后肝轉(zhuǎn)移組織中檢測(cè)到的成分。(C)餅圖顯示生物樣本中檢測(cè)到的吸收成分化學(xué)超類分布。(D)柱狀圖顯示檢測(cè)到的吸收成分在XLJDD組成藥材中的來(lái)源分布。(E)Cyclogalegenin化學(xué)結(jié)構(gòu)。(F)Cyclogalegenin在Plaur結(jié)合口袋中的預(yù)測(cè)對(duì)接構(gòu)象。(G)qRT-PCR分析CT26細(xì)胞經(jīng)0、5、10和20 μM cyclogalegenin處理12 h后Plaur mRNA表達(dá)。(H)代表性Western blot圖像顯示CT26細(xì)胞經(jīng)cyclogalegenin處理24 h后Plaur蛋白表達(dá)。(I)Plaur蛋白表達(dá)灰度定量,并以GAPDH歸一化。(J)靶向UHPLC-MRM-MS/MS定量口服XLJDD后肝轉(zhuǎn)移組織中的cyclogalegenin。數(shù)據(jù)以單個(gè)數(shù)值及均值表示。(K)代表性SPR傳感圖顯示cyclogalegenin與重組Plaur的濃度依賴性結(jié)合。(L)Cyclogalegenin與Plaur結(jié)合的MST曲線,顯示解離常數(shù)(Kd)為36.74 ± 3.34 μM。適用時(shí),數(shù)據(jù)以單個(gè)數(shù)值及均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差表示。SPR,表面等離子共振;MST,微量熱泳動(dòng);Kd,解離常數(shù);RU,響應(yīng)單位;Fnorm,歸一化熒光。在D圖中,縮寫表示仙連解毒方對(duì)應(yīng)組成藥材:HQ,黃芪;BZ,白術(shù);SL,三棱;EZ,莪術(shù);YYR,薏苡仁;KS,苦參;XHC,仙鶴草。
Plaur中心機(jī)制示意圖總結(jié)XLJDD的抗轉(zhuǎn)移作用
基于上述結(jié)果,作者提出了以Plaur為中心的XLJDD抗結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移機(jī)制。在促轉(zhuǎn)移狀態(tài)下,結(jié)直腸癌細(xì)胞中Plaur高表達(dá),并與Mmp9共同促進(jìn)Hbegf釋放;分泌型Hbegf進(jìn)一步結(jié)合Egfr并激活Erk磷酸化,進(jìn)而促進(jìn)Fscn1和Cdc42ep1表達(dá),增強(qiáng)肌動(dòng)蛋白骨架重塑和絲狀偽足形成,最終支持侵襲與轉(zhuǎn)移。XLJDD及其活性成分cyclogalegenin可抑制Plaur,從而阻斷Mmp9介導(dǎo)的Hbegf釋放,抑制Egfr/Erk信號(hào),降低Fscn1和Cdc42ep1表達(dá),干擾絲狀偽足形成,并限制肝轉(zhuǎn)移。
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圖10:XLJDD在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移中發(fā)揮抗轉(zhuǎn)移作用的Plaur中心信號(hào)機(jī)制示意圖。左側(cè)面板(促轉(zhuǎn)移狀態(tài)):在結(jié)直腸癌細(xì)胞中,Plaur高表達(dá)與Mmp9共同促進(jìn)Hbegf(sHbegf)剪切釋放。分泌型Hbegf隨后結(jié)合Egfr并激活Erk磷酸化。該通路增加Fscn1和Cdc42ep1表達(dá),促進(jìn)肌動(dòng)蛋白骨架重塑和絲狀偽足形成,并支持侵襲和轉(zhuǎn)移。右側(cè)面板(抗轉(zhuǎn)移狀態(tài)):XLJDD及其活性化合物cyclogalegenin抑制Plaur。這一作用阻斷Mmp9介導(dǎo)的Hbegf剪切釋放,抑制Egfr/Erk信號(hào),降低Fscn1和Cdc42ep1表達(dá),破壞絲狀偽足形成,并限制肝轉(zhuǎn)移。
【貢獻(xiàn)】★★★★★
本研究表明,仙連解毒方可通過(guò)以Plaur為中心的機(jī)制抑制結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移。XLJDD能夠抑制Plaur相關(guān)信號(hào),限制腫瘤細(xì)胞中的肌動(dòng)蛋白骨架重塑,并削弱惡性細(xì)胞與腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞之間Spp1-Cd44介導(dǎo)的通訊。結(jié)合cyclogalegenin作為一種可進(jìn)入組織并結(jié)合Plaur的成分被鑒定出來(lái),這些發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步開展XLJDD在CRLM中的臨床前評(píng)價(jià)提供了機(jī)制和藥理學(xué)依據(jù)。
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