DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-59490-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40325025
تاريخ النشر: 2025-05-05
المؤلف: Haozhe Huang وآخرون
الموضوع الرئيسي: البلعمة وتنظيم المناعة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في دور SERPINB9، وهو مثبط داخلي للجرانزيم B (GzmB)، في سياق حساسية العلاج الكيميائي، وخاصة استجابةً لعلاج الجيمسيتابين (GEM). تكشف الدراسة أن GEM يزيد من تنظيم SERPINB9 عبر عامل النسخ ATF-3، بينما يحفز في الوقت نفسه تعبير GzmB. ومن الجدير بالذكر أن حذف أو تقليل SERPINB9 يعزز حساسية خلايا الورم لـ GEM، مما يشير إلى أن محور GzmB/SERPINB9 له دور محوري في تعديل حساسية العلاج الكيميائي.
لترجمة هذه النتائج إلى سياق علاجي، طور المؤلفون ناقل نانو POEM، الذي يتكون من بوليلايسين مشتق من الدهون وبوليلايسين مرتبط بـ GEM. يقوم هذا الناقل بتوصيل GEM و RNA قصير التداخل يستهدف SERPINB9 (siSPB9) بشكل فعال، مما يحسن الفعالية المضادة للورم ويعيد تشكيل البيئة الدقيقة المناعية للورم في نماذج سرطان البنكرياس. تؤكد الدراسة على إمكانية الجمع بين GEM و siSPB9 لتعزيز فعالية استراتيجيات العلاج المناعي، خاصة في التغلب على آليات المقاومة في علاج السرطان.
طرق البحث
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون تقنيات المجهر الإلكتروني بالتبريد (CryoEM) لتحليل عينات الجسيمات النانوية. في البداية، تم تقييم العينات باستخدام المجهر الإلكتروني بتلوين سلبي، حيث تم تطبيق 3 ميكرولتر على شبكة نحاسية كربونية مشحونة، وتم تلوينها بمحلول أسيتات اليورانيوم بنسبة 1%. تم إجراء التصوير باستخدام مجهر إلكتروني Tecnai TF20، مع استخدام كاميرا XF416 CMOS لتقييم تجانس الجسيمات النانوية وتركيزها.
بالنسبة لـ CryoEM، تم نقل العينات إلى شبكة Protochips C-flat، التي تم شحنها أيضًا. خضعت الشبكات لعملية معالجة في جهاز Thermo Fisher Vitrobot Mk 4 تحت رطوبة نسبية تبلغ 95%، تلاها تجفيف وغمر في خليط من الإيثان/البروبان المبرد مسبقًا. ثم تم الحفاظ على الشبكات عند درجات حرارة أقل من -175 درجة مئوية أثناء التصوير في المجهر TF20، الذي يعمل عند 200 كيلوفولت. تم التقاط الصور المجهرية الإلكترونية بالتبريد بتكبير اسمي قدره 150,000×، مع حجم بكسل قدره 0.74 Å، باستخدام طرق جرعة منخفضة لتقليل ضرر شعاع الإلكترون. استخدمت عملية الحصول على الصور برنامج TVIPS EMplified في وضع الفيلم لتصحيح الانجراف، مما يضمن جمع بيانات عالية الجودة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى أن الجيمسيتابين (GEM)، وهو علاج قياسي لسرطان البنكرياس (PCa)، يحفز تعبير جين SERPINB9 في كل من خطوط خلايا سرطان البنكرياس الغدي (PDAC) البشرية والفأرية. كشفت تسلسلات RNA أن 22 جينًا تم تنظيمها بشكل زائد في خطوط خلايا PDAC الفأرية المقاومة لـ GEM، مع كون SERPINB9b هو الأكثر تحفيزًا بشكل ملحوظ. تم تأكيد هذا التنظيم الزائد من خلال PCR العكسي الكمي (qRT-PCR) عبر عدة خطوط خلايا فأرية مقاومة لـ GEM، مما يشير إلى دور محتمل لـ SERPINB9 في مقاومة العلاج الكيميائي.
أظهر تحليل إضافي لتعبير SERPINB9 عبر أنواع السرطان المختلفة باستخدام قاعدة بيانات أطلس جينوم السرطان (TCGA) زيادة تعبيره في PDAC وأورام خبيثة أخرى، مثل لمفوما الخلايا B الكبيرة المنتشرة وسرطان الكلى الخلوي الواضح. ومن الجدير بالذكر أن مستويات SERPINB9 المرتفعة ارتبطت سلبًا مع التوقعات السريرية في مرضى السرطان، بما في ذلك أولئك الذين يعانون من PDAC. بالإضافة إلى ذلك، وُجد أن علاج GEM يحفز تعبير mRNA لـ SPB9 بطريقة تعتمد على الجرعة في كل من خطوط خلايا PCa الفأرية والبشرية، مع ملاحظة تأثيرات مماثلة مع عوامل كيميائية أخرى مثل دوكسوروبيسين وسيسبلاتين. تسلط هذه النتائج الضوء على الأهمية المحتملة لـ SERPINB9 في سياق مقاومة العلاج الكيميائي في سرطان البنكرياس.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الدور المحوري لـ ATF3 في التنظيم النسخي لجين SERPINB9 (SPB9) استجابةً لعلاج الجيمسيتابين (GEM). حدد المؤلفون ATF3 كأكثر عوامل النسخ زيادة بعد العلاج الكيميائي، مع أدلة من بيانات تسلسل RNA والتحقق من qRT-PCR في خطوط خلايا سرطان البنكرياس (PCa) المقاومة لـ GEM. أظهر ATF3 أنه يرتبط بموتيفات محددة في محفز SPB9، وأن تقليل تعبيره أدى إلى انخفاض كبير في تعبير SPB9، مما يشير إلى أن ATF3 هو وسيط حاسم في تعبير SPB9 المستحث بواسطة GEM.
بالإضافة إلى ذلك، تستكشف الدراسة محور GzmB-SPB9، كاشفة أن خلايا SPB9 المحذوفة (KO) تظهر حساسية متزايدة لعلاج GEM وتحسن في البيئات الدقيقة المناعية للورم. أظهر المؤلفون أن KO لـ SPB9 أدى إلى زيادة في تسلل الخلايا المناعية وتقليل خلايا المثبطة المشتقة من النخاع، مما يشير إلى استراتيجية علاجية محتملة لتعزيز فعالية العلاج الكيميائي القائم على GEM. علاوة على ذلك، يتم مناقشة تطوير ناقل نانو جديد لـ POEM لتوصيل siSPB9 و GEM، مما يبرز فعاليته في استهداف الأورام وتحسين الملف الدوائي لـ siRNA. تشير النتائج إلى أن استهداف SPB9 قد لا يحسن فقط حساسية الأورام لـ GEM ولكن أيضًا يعزز الاستجابة المناعية المضادة للورم بشكل عام، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في هذا النهج العلاجي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-59490-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40325025
Publication Date: 2025-05-05
Author(s): Haozhe Huang et al.
Primary Topic: Phagocytosis and Immune Regulation
Overview
The research investigates the role of SERPINB9, an endogenous inhibitor of granzyme B (GzmB), in the context of chemosensitivity, particularly in response to gemcitabine (GEM) treatment. The study reveals that GEM upregulates SERPINB9 via the transcription factor ATF-3, while simultaneously inducing GzmB expression. Notably, the knockout or knockdown of SERPINB9 enhances tumor cell sensitivity to GEM, indicating that the GzmB/SERPINB9 axis is pivotal in modulating chemosensitivity.
To translate these findings into a therapeutic context, the authors developed a POEM nanocarrier, which comprises lipid-derivatized polylysine and GEM-conjugated polylysine. This nanocarrier effectively co-delivers GEM and short interfering RNA targeting SERPINB9 (siSPB9), improving the antitumor efficacy and remodeling the tumor immune microenvironment in pancreatic cancer models. The study underscores the potential of combining GEM with siSPB9 to enhance the effectiveness of immunotherapy strategies, particularly in overcoming resistance mechanisms in cancer treatment.
Methods
In this study, the authors employed cryo-electron microscopy (CryoEM) techniques to analyze nanoparticle samples. Initially, samples were assessed using negative-stain electron microscopy, where a 3 μL aliquot was applied to a glow-discharged carbon copper grid and stained with a 1% uranyl acetate solution. Imaging was conducted with a Tecnai TF20 electron microscope, utilizing an XF416 CMOS camera to evaluate nanoparticle uniformity and concentration.
For CryoEM, the samples were pipetted onto a Protochips C-flat grid, which was also glow discharged. The grids underwent processing in a Thermo Fisher Vitrobot Mk 4 under 95% relative humidity, followed by blotting and plunging into a precooled ethane/propane mixture. The grids were then maintained at temperatures below -175 °C during imaging in the TF20 microscope, which operated at 200 kV. Cryo-electron micrographs were captured at a nominal magnification of 150,000×, with a pixel size of 0.74 Å, employing low dose methods to reduce electron beam damage. Image acquisition utilized TVIPS EMplified software in movie mode to correct for drift, ensuring high-quality data collection.
Results
The results of the study indicate that gemcitabine (GEM), a standard treatment for pancreatic cancer (PCa), induces the expression of the SERPINB9 gene in both murine and human pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) cell lines. RNA sequencing revealed that 22 genes were upregulated in GEM-resistant murine PDAC cell lines, with SERPINB9b being the most significantly induced. This upregulation was confirmed through quantitative reverse transcription PCR (qRT-PCR) across multiple GEM-resistant murine cell lines, suggesting a potential role for SERPINB9 in chemoresistance.
Further analysis of SERPINB9 expression across various cancer types using The Cancer Genome Atlas (TCGA) database showed its overexpression in PDAC and other malignancies, such as diffuse large B-cell lymphoma and kidney renal clear cell carcinoma. Notably, elevated SERPINB9 levels correlated negatively with clinical prognosis in cancer patients, including those with PDAC. Additionally, GEM treatment was found to induce SPB9 mRNA expression in a dose-dependent manner in both murine and human PCa cell lines, with similar effects observed with other chemotherapeutic agents like doxorubicin and cisplatin. These findings highlight the potential significance of SERPINB9 in the context of chemoresistance in pancreatic cancer.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the pivotal role of ATF3 in the transcriptional regulation of the SERPINB9 (SPB9) gene in response to gemcitabine (GEM) treatment. The authors identified ATF3 as the most significantly upregulated transcription factor following chemotherapy, with evidence from RNA-seq data and qRT-PCR validation in GEM-resistant pancreatic cancer (PCa) cell lines. ATF3 was shown to bind to specific motifs in the SPB9 promoter, and its knockdown resulted in a significant decrease in SPB9 expression, indicating that ATF3 is a crucial mediator of GEM-induced SPB9 expression.
Additionally, the study explores the GzmB-SPB9 axis, revealing that SPB9 knockout (KO) cells exhibit enhanced sensitivity to GEM treatment and improved tumor immune microenvironments. The authors demonstrated that SPB9 KO led to increased immune cell infiltration and reduced myeloid-derived suppressor cells, suggesting a potential therapeutic strategy to enhance the efficacy of GEM-based chemotherapy. Furthermore, the development of a novel POEM nanocarrier for the co-delivery of siSPB9 and GEM is discussed, showcasing its effectiveness in targeting tumors and improving the pharmacokinetic profile of siRNA. The findings suggest that targeting SPB9 may not only sensitize tumors to GEM but also enhance the overall anti-tumor immune response, warranting further investigation into this therapeutic approach.