张磊、解源课题组揭示Wnt/Mfsd2a信号通路在胶质瘤药物递送中的分子机制

来源：赛业生物 发布时间：2023年06月07日 浏览次数： 次 【字体：小 大】 【收藏】 【打印文章】

脑胶质瘤是成人最常见的颅内恶性肿瘤，具有高侵袭性和高复发率。药物无法有效通过血脑屏障是导致治疗效果不佳的重要原因之一。课题组前期应用单细胞测序技术对胶质母细胞瘤及其癌旁组织的血管内皮细胞进行单细胞转录组分析，经研究发现：肿瘤血管内皮细胞仍然保持一定程度的血脑屏障特性。大量活性外排转运蛋白和紧密连接分子仍存在于肿瘤内皮细胞中，很可能会影响抗肿瘤药物的有效递送。 

2023年1月2日，陕西师范大学生命科学学院张磊教授解源副教授团队与第四军医大学唐都医院王樑教授团队，共同通讯在《Neuro-Oncology》杂志上发表题为《Wnt Signaling Regulates MFSD2A-dependent Drug Delivery through Endothelial Transcytosis in Glioma》的研究论文。 

本研究应用多种转基因小鼠模型，揭示了Wnt/Mfsd2a信号通路调控血管内皮细胞胞吞转运在胶质瘤药物递送中的分子机制，为胶质瘤的治疗方案设计提供重要依据。 

胶质瘤药物递送中的分子机制

图片来源：《Neuro-Oncology》

（https://doi.org/10.1093/neuonc/noac288） 

研究材料

在这项研究中，研究人员应用了Cav1敲除（Cav1-ko）小鼠、Mfsd2a敲除（Mfsd2a-ko）小鼠、Cav1/Mfsd2a双敲小鼠和可持续表达Mfsd2a的Mfsd2a-GOF（Cdh5-CreERT2; ROSA26STOPfloxMfsd2a/TdTomato）小鼠，构建了体内GBM模型（其中Cav1敲除小鼠，Mfsd2a敲除小鼠，Cdh5-CreERT2小鼠，Mfsd2a-ROSA26STOPfloxMfsd2a/TdTomato小鼠模型均由赛业生物提供）。体外研究中则采用了小鼠脑微血管内皮细胞bEND.3构建体外血脑屏障模型。 

研究方法

此外，研究人员还在本研究中应用了多种技术，例如，利用单细胞测序技术、QPCR、体外BBB模型、生存实验、高效液相色谱检测、免疫电镜技术、免疫荧光染色、免疫组织化学染色、western blot、小鼠内皮细胞转录组分析、GSEA等。 

技术路线

胶质瘤药物递送中的分子机制

研究结果

1. 阻断Wnt信号通路可显著增强化疗药物递送

使用体外血脑屏障模型（图1A），作者发现阻断Wnt信号通路可显著增强化疗药物替莫唑胺(TMZ)穿透血脑屏障的效率（图1B）。同时，在两种原位胶质母细胞瘤小鼠模型中，使用Wnt信号通路阻断剂LGK974治疗荷瘤小鼠，通过高效液相色谱测定颅内肿瘤中TMZ的含量，发现Wnt信号通路阻断可显著增强TMZ向肿瘤组织递送（图1C-D）。

 

胶质瘤药物递送中的分子机制

阻断Wnt信号通路可显著增强药物递送[1] 

2. Wnt信号通路阻断能够降低血脑屏障关键分子Mfsd2a的表达

通过对肿瘤血管细胞进行转录组测序分析发现，Wnt信号通路阻断能够降低血脑屏障关键分子Mfsd2a的表达，同时增加血管通透性标记物Plvap和细胞囊泡胞吞转运标记物CAV1的表达（图2）。 

胶质瘤药物递送中的分子机制

Wnt信号通路在肿瘤内皮细胞中调控转胞吞作用相关基因[1] 

随后，作者应用Mfsd2a敲除（Mfsd2a-ko，由赛业生物提供）小鼠和可持续表达Mfsd2a的Mfsd2a-GOF（Cdh5-CreERT2；ROSA26STOPfloxMfsd2a/TdTomato，由赛业生物提供）小鼠进一步验证分析，发现Wnt信号通路调控化疗药物递送依赖Mfsd2a的表达。图3A可见在Mfsd2a-GOF小鼠中未观察到Wnt信号通路抑制所导致的TMZ递送增强。在Mfsd2a-GOF小鼠中，LGK974和TMZ治疗联合治疗的生存获益被逆转（图3B）。以上结果表明，Wnt介导的TMZ递送调节依赖于Mfsd2a的表达。 

胶质瘤药物递送中的分子机制

Wnt信号通路调控化疗药物递送依赖Mfsd2a的表达[1] 

3.Wnt信号通路影响Mfsd2a介导的胞吞作用

作者应用体外血脑屏障模型、Cav1敲除（Cav1-ko）小鼠、Cav1/Mfsd2a双敲小鼠进一步进行验证，发现降低caveolae介导的细胞胞吞转运后可影响Mfsd2a敲除对化疗药物递送的调控作用。在Mfsd2a敲除小鼠中TMZ递送显著增强，但在Mfsd2a和Cav1双敲小鼠中，增强的TMZ递送被逆转(图4A)。免疫电镜图提示，LGK974治疗导致肿瘤血管内皮中caveolae介导的细胞胞吞作用显著增加（图4B-C）。进一步研究表明，LGK974治疗导致对照小鼠中的TMZ递送增加，但在Cav1敲除小鼠中则未受影响（图4D）；LGK974治疗导致对照小鼠肿瘤中血管内皮细胞转吞囊泡水平增加，但在Cav1敲除小鼠中则未见其变化（图4E-F）。此外，在Cav1敲除小鼠中，TMZ和LGK974治疗对荷瘤小鼠存活率改善的协同作用也被逆转（图4G）。 

胶质瘤药物递送中的分子机制

Wnt信号通过在肿瘤血管内皮细胞中增强Mfsd2a介导的胞吞转运作用来增加化疗药物替莫唑胺的递送[1] 

研究结论

总的来说，这项研究指出了Wnt/Mfsd2a/caveolae-mediated transcytosis轴是提高化疗药物递送的重要靶点，揭示了Wnt/Mfsd2a信号通路调控血管内皮细胞胞吞转运在胶质瘤药物递送中的分子机制，为胶质瘤的治疗方案设计提供重要依据。 

原文检索：

[1]Xie Yuan, He Liqun, Zhang Yanyu, Huang Hua, Yang Fan, Chao Min, Cao Haiyan, Wang Jianhao, Li Yaling, Zhang Lingxue, Xin Lele, Xiao Bing, Shi Xinxin, Zhang Xue, Tang Jiefu, Uhrbom Lene, Dimberg Anna, Wang Liang and Zhang Lei. Wnt Signaling Regulates MFSD2A-dependent Drug Delivery through Endothelial Transcytosis in Glioma[J].Neuro Oncology. 2023 Jan 2:noac288. 

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胶质瘤药物递送中的分子机制

品系名称：

C57BL/6N-Cav1em1C/Cya

品系编号：

KOCMP-12389-Cav1-B6N-VA

产品编号：

S-KO-01349

应用方向：

代谢研究,心血管系统,肿瘤研究,神经系统,信号转导,肝脏/胆道系统,肾和泌尿系统

打靶方案：

胶质瘤药物递送中的分子机制

 

Cav1 flox小鼠

胶质瘤药物递送中的分子机制

品系名称：

C57BL/6J-Cav1em1Cflox/Cya

品系编号：

CKOCMP-12389-Cav1-B6J-VA

产品编号：

S-CKO-01561

应用方向：

代谢研究,心血管系统,肿瘤研究,神经系统,信号转导,肝脏/胆道系统,肾和泌尿系统

打靶方案：

胶质瘤药物递送中的分子机制

 

Mfsd2a KO小鼠

胶质瘤药物递送中的分子机制

品系名称：

C57BL/6J-Mfsd2aem1C/Cya

品系编号：

KOCMP-76574-Mfsd2a-B6J-VA

产品编号：

S-KO-14899

应用方向：

免疫系统,心血管系统,神经系统,视力/眼睛,消化系统,肝脏/胆道系统,行为/神经

打靶方案：

胶质瘤药物递送中的分子机制

 

Mfsd2a flox小鼠

胶质瘤药物递送中的分子机制

 

品系名称：

C57BL/6J-Mfsd2aem1Cflox/Cya

品系编号：

CKOCMP-76574-Mfsd2a-B6J-VA

产品编号：

S-CKO-16507

应用方向：

免疫系统,心血管系统,神经系统,视力/眼睛,消化系统,肝脏/胆道系统,行为/神经

打靶方案：

胶质瘤药物递送中的分子机制

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