《Carbohydrate Research》：Study on the structure-activity relationship, action pathway and site of lipopolysaccharide protecting macrophage tolerance to chemotherapeutic drugs
编辑推荐：
•低剂量 LPS 恢复巨噬细胞中化疗降低的 CCK-8 信号。•LPS 相关反应在额外的巨噬细胞模型中得到重现。•Kdo2-脂 A 支持脂 A 相关生物活性的贡献。•FITC-LPS 的处理涉及肌动蛋白和内吞相关的细胞过程。•微管和溶酶体相关过程有助于 LPS 反应。引言恶性
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低剂量 LPS 恢复巨噬细胞中化疗降低的 CCK-8 信号。
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LPS 相关反应在额外的巨噬细胞模型中得到重现。
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Kdo2-脂 A 支持脂 A 相关生物活性的贡献。
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FITC-LPS 的处理涉及肌动蛋白和内吞相关的细胞过程。
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微管和溶酶体相关过程有助于 LPS 反应。
引言
恶性肿瘤仍然是对人类健康最严重的威胁之一，不仅带来医疗挑战，还给受影响的家庭带来深刻的情感和经济负担。目前，大多数恶性肿瘤的治疗仍然严重依赖常规化疗。然而，许多化疗药物因选择性差、严重的系统毒性和免疫抑制作用而受到限制。这些药物在针对肿瘤细胞的同时，经常对正常组织造成附带损害，从而损害患者的整体免疫防御和恢复能力 [1]。巨噬细胞作为高度适应性的免疫效应细胞，在免疫监视、病原体清除和组织稳态中发挥着不可或缺的作用。它们广泛分布于人体大多数组织和器官中 [2]。通过吞噬作用和抗原呈递等机制，巨噬细胞发挥强效的抗肿瘤作用，有助于宿主对恶性细胞的免疫防御。此外，功能性巨噬细胞可以减轻化疗相关毒性，增强治疗效果，并帮助恢复接受治疗患者的免疫能力 [3]、[4]。因此，同时保持巨噬细胞功能并最大化化疗药物抗肿瘤活性的联合治疗策略具有重要的临床潜力，值得进一步研究。
脂多糖（LPS）由三个结构域组成：脂 A、核心寡糖和 O-抗原 [12]。虽然这些结构域的详细结构在细菌物种甚至菌株之间有所不同，但所有 LPS 分子都共享一个共同的结构特征——保守的脂 A 骨架 [13]。脂 A 是 LPS 的主要成分，由两个通过 β-1,6-糖苷键连接的氨基己糖残基组成的双糖构成，这一核心结构在不同细菌物种中保持相对保守。脂 A 是 LPS 的主要生物活性域，但其活性也取决于酰化、磷酸化、其他结构域以及物理化学环境。核心寡糖通常包括内核心和外核心；内核心相对保守，在相同属的细菌中观察到相似的结构特征，而属之间存在明显差异。这种结构多样性有助于不同细菌物种适应各种生态位的能力。位于 LPS 分子最外层的 O-抗原在不同细菌中表现出高度的糖组成、序列和链长变异性，使其成为 LPS 中最异质化和物种特异性的结构域。
脂多糖（LPS）是革兰氏阴性菌外膜的结构成分，这些由脂质和多糖部分组成的两亲性大分子的生物效应是剂量依赖性的 [5]。在高浓度下，LPS 暴露会引发强烈的炎症反应，这可能导致炎症相关疾病的发展，因此经常被用于在细胞或动物系统中诱导炎症模型 [6]。相反，痕量水平的 LPS 已显示出发挥免疫保护作用，增强宿主对感染的抵抗力，并可能保护包括巨噬细胞在内的免疫细胞免受细胞毒性剂诱导的损伤。我们之前的研究表明，LPS 与化疗药物联合给药可显著上调巨噬细胞中药物的转运蛋白 ABCC1 的表达 [7]。这促进了细胞毒性药物从这些细胞中的外排，从而减少细胞内药物积累并减轻巨噬细胞损伤。其他证据表明，LPS 通过激活核因子红细胞 2 相关因子 2（Nrf2）信号通路增强巨噬细胞中的抗氧化防御，这有助于清除活性氧并缓解化疗引起的氧化应激 [8]。此外，LPS 与环磷酰胺等药物结合可显著改善抗肿瘤疗效 [9]。据报道，LPS 与芥子气等烷基化化合物联合应用也能对巨噬细胞产生保护作用 [10]。即使是口服来自共生作物的细菌 LPS，也可以通过缓解治疗引起的免疫抑制来增强化疗药物的治疗效果 [11]。总之，这些发现表明，LPS 与化疗方案结合可以有效最大限度地减少巨噬细胞损伤，同时保持强大的抗肿瘤效力，从而改善患者的巨噬细胞存活率和整体免疫韧性。
因此，我们假设 LPS 相关的结构特征，包括脂 A 相关的生物活性，可能会影响巨噬细胞中的细胞相互作用和细胞内加工，从而有助于与减少化疗诱导损伤相关的细胞反应。我们进一步假设，这些结构依赖的过程可能共同有助于在化疗暴露期间维持巨噬细胞的活力和功能。鉴于这些观察，LPS 与化疗的结合可能提供一种在化疗期间保持巨噬细胞反应的潜在策略，尽管其对抗肿瘤疗效的影响需要进一步直接评估。
本研究旨在通过分析 LPS 相关的保护表型背后的机制，探索其构效关系并评估其细胞内动力学。利用荧光标记和流式细胞术，我们研究了 LPS 的细胞结合、细胞内分布和摄取相关特征，以及其与巨噬细胞对化疗损伤反应的关系。这些实验旨在鉴定参与 LPS 相关反应的候选细胞过程和潜在分子靶点，而不是建立单一的明确摄取途径或信号通路。通过系统检查与 LPS 减轻巨噬细胞化疗诱导损伤能力相关的过程，本工作为进一步旨在平衡化疗疗效与免疫细胞保存的机制和临床前研究提供了理论依据。
章节摘要
实验材料
细胞：小鼠单核 - 巨噬细胞（RAW264.7 细胞，RRID: CVCL_0493），大鼠肺泡巨噬细胞（NR8383 细胞，RRID:CVCL_4396），小鼠三阴性乳腺癌细胞（4T1 细胞，RRID:CVCL_0125）购自中国科学院细胞库（中国上海）。
药物：LPS（≥500,000 EU/mg，货号 Y269298）来自大肠杆菌 O55:B5，购自碧云天生物技术（中国上海）。LPS 的纯度通过 Sephacryl S-400 高分辨凝胶测定
与 ADR 和 VCR 处理的 RAW264.7 巨噬细胞 CCK-8 信号恢复相关的浓度范围
为了确定与 LPS 反应相关的浓度范围，用 ADR 或 VCR 连同递增浓度的 LPS 处理 RAW264.7 巨噬细胞。24 小时后，ADR (0.5 μg/mL) 和 VCR (0.1 μg/mL) 分别将归一化的 CCK-8 信号降低至对照值的 42.90 ± 2.27% 和 48.80 ± 2.17%。与 100-1,000 ng/mL LPS 联合处理将信号恢复至与对照组无显著差异的水平。这些百分比量化了 WST-8 还原
讨论
传统广谱化疗药物仍然是癌症治疗的核心，但其有限的选择性也会损伤免疫细胞并可能损害宿主防御 [42]。巨噬细胞是重要的先天免疫效应细胞，参与吞噬作用、受损细胞清除和抗肿瘤免疫反应的调节 [43]、[44]。LPS 是一种公认免疫调节剂 [45]，且低剂量 LPS 已显示出依赖于环境的有益免疫调节作用 [46]、[47]
结论
在检查的体外系统中，LPS 与巨噬细胞中化疗降低的 CCK-8/WST-8 信号恢复相关，同时未显示对 4T1 肿瘤细胞中相应 ADR 相关反应的可测量减弱。本研究系统地调查了与该效应相关的构效关系、细胞摄取相关过程和细胞内机制。结果支持脂 A 相关生物活性对 LPS 反应的贡献。在
CRediT 作者贡献声明
Xiao Zhang: 撰写 – 原稿，可视化，方法论，调查研究，正式分析，数据管理，概念化。Yue Lu: 撰写 – 审查与编辑，撰写 – 原稿，可视化，方法论，正式分析，数据管理，概念化。Zhangwei Qiao: 撰写 – 审查与编辑，验证。Yuewen Wang: 调查研究，正式分析，数据管理。Meicai Su: 撰写 – 审查与编辑，调查研究。Zhengchao Wang: 撰写 – 原稿，调查研究，
利益冲突声明
? 作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能会影响本论文中报告的工作。
致谢
本工作得到了项目的山东省自然科学基金（中国）（资助号 ZR2022MH279）以及山东大学威海分校学科交叉培育计划的支持。
Yue Lu|Xiao Zhang|Yuewen Wang|Zhangwei Qiao|Zhengchao Wang|Meicai Su|Shuliang Song|E. Zhang
