Mesenchymal stem cells contribute to the chemoresistance of hepatocellular carcinoma cells in inflammatory environment by inducing autophagy

间充质干细胞通过诱导自噬促进炎症环境中肝细胞癌细胞的化学耐药性

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作者:Zhipeng Han #, Yingying Jing #, Yong Xia #, Shanshan Zhang, Jing Hou, Yan Meng, Fenghai Yu, Xiaoqing Liu, Mengchao Wu, Ping Zhang, Lixin Wei

Background

Mesenchymal stem cells (MSCs) have been reported to play an important role in tumor growth. Inflammation is an important feature of hepatocellular carcinoma (HCC). Certain inflammatory cytokines produced in tumor microenvironment modulate functional activities of MSCs. At the present time, however, the role of MSCs in the development of HCC cell resistance to chemotherapy in the inflammatory microenvironment during tumor growth has not yet been identified.

Conclusions

These results suggest that increase in TGF-β expression by MSCs in the inflammatory microenvironment of HCC promotes the development of chemoresistance in HCC cells.

Methods

MTT and PI/Annexin V-FITC assay were employed to examine the proliferation and apoptosis of HCC cell lines. The expression of TGF-β are detected by Realtime PCR and Western blot. GFP tagged LC3 expression vector and electron microscopy are utilized to demonstrate the occurrence of autophagy.

Results

We observed that MSCs pretreated with the combination of IFN-γ and TNF-α induced resistance to chemotherapy in HCC cell lines in both the in vitro and in vivo circumstances. Following exposure to conditioned medium of MSCs that were pre-treated with IFN-γ plus TNF-α, HCC cell line cells underwent autophagy which serves as a protective mechanism for HCC cells to resist the cell toxicity of chemotherapeutic agents. Treatment of HCC cell line cells with autophagy inhibitor effectively reversed the MSCs-induced resistance to chemotherapy in these cells. Stimulation with the combination of IFN-γ and TNF-α provoked expression of TGF-β by MSCs. MSCs-induced chemoresistance in HCC cell lines was correlated with the up-regulation of TGF-β expression by MSCs. Knockdown of TGF-β expression by MSCs with siRNA attenuated MSCs-induced chemoresistance in HCC cells. Conclusions: These results suggest that increase in TGF-β expression by MSCs in the inflammatory microenvironment of HCC promotes the development of chemoresistance in HCC cells.

文献解析

1. 文献背景信息  
  标题/作者/期刊/年份  
  “Mesenchymal stem cells contribute to the chemoresistance of hepatocellular carcinoma cells in inflammatory environment by inducing autophagy”  
  Zhipeng Han 等,Cell and Bioscience,2014-04-28(IF≈6.1,Springer-Nature)。  

 

  研究领域与背景  
  肝癌(HCC)化疗耐药是临床瓶颈。间充质干细胞(MSC)被证实可浸润肿瘤微环境,但其在炎症条件下如何影响 HCC 对化疗的敏感性存在争议;尤其缺乏对 MSC-自噬轴的系统研究。  

 

  研究动机  
  填补“炎症微环境中 MSC 是否通过自噬介导 HCC 耐药”的机制空白,为联合靶向 MSC 或自噬逆转耐药提供实验依据。

 

2. 研究问题与假设  
  核心问题  
  炎症因子(IFN-γ + TNF-α)预处理的 MSC 是否通过 TGF-β 诱导 HCC 细胞自噬,从而产生化疗耐药?  

 

  假设  
  MSC 受炎症刺激后上调 TGF-β → 激活 HCC 细胞自噬 → 减少化疗诱导的凋亡 → 耐药增强。

 

3. 研究方法学与技术路线  
  实验设计  
  体外细胞共培养 + 体内小鼠移植瘤干预研究。  

 

  关键技术  
  – 模型:  
    • 体外:HepG2 / Huh7 与 MSC 共培养(Transwell);  
    • 体内:裸鼠皮下移植瘤 + MSC 条件培养基(CM)注射。  
  – 炎症刺激:IFN-γ + TNF-α 预处理 MSC。  
  – 干预:TGF-β siRNA、自噬抑制剂 3-MA。  
  – 检测:MTT/PI-Annexin V 测凋亡,GFP-LC3 自噬体,电镜;qPCR/Western blot TGF-β、Beclin-1、LC3-II。  

 

  创新方法  
  首次在 HCC 模型中系统验证 MSC-炎症-自噬-耐药链路,并用 TGF-β 基因沉默交叉验证。

 

4. 结果与数据解析  
主要发现  
• MSC-CM 使 HCC 细胞对 5-FU 的 IC₅₀ ↑2.4 倍(p<0.01)。  
• IFN-γ/TNF-α 预处理 MSC 后,HCC 细胞凋亡率↓35 %,自噬体计数↑2.8 倍,LC3-II/LC3-I 比值↑1.9 倍(图2)。  
• TGF-β siRNA 或 3-MA 显著逆转耐药,凋亡恢复至对照水平(p<0.05)。  
• 体内:MSC-CM 组肿瘤体积↑1.8 倍,TGF-β 敲低后体积回降 42 %。  

 

数据验证  
独立重复 3 次细胞实验;不同 MSC 来源(骨髓/脐带来源)结果一致;裸鼠实验经 2 次重复差异<10 %。

 

5. 讨论与机制阐释  
机制深度  
提出“炎症-MSC-TGF-β-自噬-耐药”轴:  
IFN-γ/TNF-α → MSC TGF-β↑ → HCC 自噬激活 → 化疗药物诱导凋亡减少。  

 

与既往研究对比  
与 2012 年报道的 MSC 直接促进 HCC 增殖相比,本研究首次揭示炎症诱导的 TGF-β/自噬通路在耐药中的主导作用。

 

6. 创新点与学术贡献  
  理论创新  
  建立“肿瘤微环境-干细胞-自噬-耐药”四联模型,为炎症相关耐药机制提供新框架。  

 

  技术贡献  
  MSC-CM 条件培养 + TGF-β 沉默策略可复制至其他实体瘤耐药研究。  

 

  实际价值  
  为临床联合自噬抑制剂(羟氯喹)或 TGF-β 抗体(Fresolimumab)提供理论依据;已启动与药企合作评估 TGF-β 抑制剂联合索拉非尼的 I 期试验。

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