抵抗素刺激在乳腺癌共培養(yǎng)模型中促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞惡性腫瘤進(jìn)展

乳腺癌是最常見的癌癥，也是女性癌癥死亡的主要原因。肥胖的脂肪組織可以通過釋放多種細(xì)胞因子、脂肪細(xì)胞因子、趨化因子、脂質(zhì)和生長(zhǎng)相關(guān)因子來創(chuàng)造促癌環(huán)境，有利于腫瘤存活。最近的研究表明，一些脂肪細(xì)胞因子，如內(nèi)臟脂肪素和抵抗素，通過乳腺腫瘤微環(huán)境中的細(xì)胞間相互作用促進(jìn)乳腺癌的進(jìn)展。

 

抵抗素是一種分泌蛋白，由小鼠的114個(gè)氨基酸或人類的108個(gè)氨基酸組成，同一性高達(dá)59%。新出現(xiàn)的證據(jù)指出，人類抵抗素在許多肥胖和炎癥相關(guān)病理狀況（包括各種癌癥）中作為重要介質(zhì)。特別是，抵抗素表達(dá)升高與晚期乳腺腫瘤特征有關(guān)，例如乳腺癌患者的腫瘤分期增加和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。然而，這些現(xiàn)象背后的生物學(xué)機(jī)制仍有待探索。

 

乳腺腫瘤微環(huán)境是由腫瘤細(xì)胞和多個(gè)基質(zhì)細(xì)胞組成的異質(zhì)性生態(tài)位，其中脂肪組織來源細(xì)胞占很大比例，被認(rèn)為是促進(jìn)乳腺癌惡性腫瘤的關(guān)鍵參與者。例如，將乳腺癌細(xì)胞與小鼠脂肪細(xì)胞共培養(yǎng)可增加乳腺癌細(xì)胞的增殖和遷移能力。此外，用來自人脂肪組織來源的巨噬細(xì)胞的條件培養(yǎng)基處理的乳腺癌細(xì)胞表現(xiàn)出增強(qiáng)的惡性表型，并且這些巨噬細(xì)胞過度表達(dá)癌癥相關(guān)基因簇，其中趨化因子（C-X-C基序）配體1（CXCL1）和趨化因子（C-X-C基序）配體5（CXCL5）大多上調(diào)。此外，脂肪組織來源干細(xì)胞（ADSCs）的失調(diào)與乳腺癌的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移有關(guān)，可能是通過多種C-X-C趨化因子的表達(dá)。

 

在中國臺(tái)灣省高雄醫(yī)學(xué)大學(xué)醫(yī)學(xué)院、國立陽明交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系及英國格拉斯哥大學(xué)醫(yī)學(xué)獸醫(yī)與生命科學(xué)學(xué)院的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究中，探討了抵抗素對(duì)ADSCs促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞惡性腫瘤的影響，重點(diǎn)是它們?cè)谀[瘤微環(huán)境中與乳腺癌細(xì)胞的相互作用。

 

 

抵抗素刺激的ADSCs增強(qiáng)乳腺癌細(xì)胞的惡性行為
 

分離的ADSCs隨后用抵抗素（R-ADSCs）處理，或不用抵抗素處理作為對(duì)照，然后與人乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231進(jìn)行共培養(yǎng)，以進(jìn)一步研究抵抗素的長(zhǎng)期作用。與對(duì)照組相比，觀察到與R-ADSCs共培養(yǎng)后MDA-MB-231細(xì)胞組的細(xì)胞活力增強(qiáng)（圖1 A）。此外，當(dāng)MDA-MB-231或侵襲性較低的乳腺癌細(xì)胞系MCF-7與R-ADSCs共培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞遷移和侵襲程度增加（圖1 B、C）。此外，這些乳腺癌細(xì)胞與R-ADSCs共培養(yǎng)后，腫瘤球形成的數(shù)量增加（圖1 D）。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步分析了共培養(yǎng)條件下MDA-MB-231細(xì)胞中上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）和癌癥干細(xì)胞標(biāo)志物的蛋白質(zhì)水平。如圖1 E所示，在與R-ADSCs共培養(yǎng)后，間充質(zhì)標(biāo)志物，如Slug、Snail 、Vimentin和腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物，如 Nanog、Oct434在MDA-MB-231細(xì)胞中增加。這些數(shù)據(jù)表明，抵抗素處理對(duì)ADSCs的激活有影響，導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞的惡性行為增強(qiáng)，如癌細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移能力。
 

圖1   與抵抗素刺激的ADSC共培養(yǎng)后乳腺癌細(xì)胞的惡性行為增強(qiáng)

 

抵抗素刺激的ADSCs和乳腺癌細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)分泌的CXCL5增強(qiáng)了乳腺癌細(xì)胞的惡性行為

 

為了尋找參與R-ADSC促進(jìn)的乳腺癌細(xì)胞惡性行為的關(guān)鍵介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)利用蛋白質(zhì)組陣列在從共培養(yǎng)模型中收集的條件培養(yǎng)基中篩選一系列人類細(xì)胞因子和趨化因子。值得注意的是，與對(duì)照組相比，在含有R-ADSCs的共培養(yǎng)組的條件培養(yǎng)基中篩選的102種蛋白質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)趨化因子CXCL5是分泌最多的蛋白質(zhì)（圖2 A）。

 

由于CXCL5可能在腫瘤微環(huán)境中對(duì)乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移起著至關(guān)重要的作用，實(shí)驗(yàn)將研究重點(diǎn)放在這種趨化因子上，以進(jìn)一步表征其在R-ADSC介導(dǎo)的乳腺癌惡性行為中的參與。ELISA檢測(cè)表明，與對(duì)照相比，MDA-MB-231與R-ADSCs共培養(yǎng)的條件培養(yǎng)基中CXCL5水平升高（圖2 B）。此外，用重組CXCL5蛋白處理的MDA-MB-231細(xì)胞不僅顯示出增強(qiáng)的細(xì)胞遷移和侵襲能力（圖2 C、D），而且間充質(zhì)標(biāo)志物Slug和干細(xì)胞標(biāo)志物Oct4的表達(dá)也增強(qiáng)（圖2 E）。此外，應(yīng)用CXCL5中和抗體拮抗條件培養(yǎng)基中分泌的CXCL5，發(fā)現(xiàn)CXCL5中和抗體的存在消除了與R-ADSCs共培養(yǎng)后MDA-MB-231細(xì)胞的遷移和侵襲能力（圖2 F、G）。這些數(shù)據(jù)表明，共培養(yǎng)系統(tǒng)中CXCL5的誘導(dǎo)分泌在促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞惡性腫瘤中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

 

圖2   與抵抗素刺激的ADSCs共培養(yǎng)模型的條件培養(yǎng)基中分泌的CXCL5促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的惡性行為

 

抵抗素刺激的ADSCs增強(qiáng)乳腺癌細(xì)胞遷移與細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）磷酸化有關(guān)

 

為了闡明與R-ADSCs誘導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞惡性腫瘤相關(guān)的信號(hào)分子，通過磷酸激酶蛋白質(zhì)組陣列從共培養(yǎng)模型中篩選了MDA-MB-231細(xì)胞中蛋白激酶的磷酸化狀態(tài)。如圖3 A，與R-ADSCs共培養(yǎng)后的MDA-MB-231細(xì)胞顯示出蛋白質(zhì)磷酸化的多種變化，在陣列上篩選的43個(gè)激酶磷酸化位點(diǎn)中，磷酸化的ERK與對(duì)照相比上升幅度最大。蛋白質(zhì)印跡進(jìn)一步證實(shí)了在相同共培養(yǎng)條件下MDA-MB-231細(xì)胞中ERK的磷酸化升高（圖3 B）。

 

由于ERK信號(hào)的激活與CXCL5促進(jìn)的乳腺癌惡性腫瘤有關(guān)，實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了 PD98059，一種用于 ERK 磷酸化的有效抑制劑，研究其在共培養(yǎng)模型中對(duì)乳腺癌細(xì)胞遷移的影響。結(jié)果表明，與未進(jìn)行PD98059處理的組相比，應(yīng)用PD98059與R-ADSCs共培養(yǎng)后MDA-MB-231細(xì)胞的遷移能力大大降低（圖3 C），表明ERK通路參與抵抗素刺激的ADSCs誘導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞惡性腫瘤。

 

圖3   乳腺癌細(xì)胞與抵抗素刺激的ADSCs共培養(yǎng)后，ERK磷酸化調(diào)節(jié)癌細(xì)胞遷移能力

 

抵抗素刺激的ADSCs通過上調(diào)CXCL5、Slug和ERK磷酸化表達(dá)增強(qiáng)異種移植小鼠的乳腺腫瘤生長(zhǎng)

 

接下來探索抵抗素刺激的ADSCs對(duì)體內(nèi)乳腺腫瘤發(fā)展的影響，結(jié)果證實(shí)與R-ADSCs共培養(yǎng)的MDA-MB-231組的腫瘤生長(zhǎng)與對(duì)照組相比顯著增加。在八周的觀察期內(nèi)，小鼠的體重沒有顯著差異。與對(duì)照組相比，與R-ADSCs共培養(yǎng)的MDA-MB-231組中CXCL5、Slug或ERK磷酸化的表達(dá)水平升高。這些數(shù)據(jù)表明，抵抗素刺激的ADSCs增強(qiáng)的異種移植乳腺腫瘤生長(zhǎng)可能與CXCL5和間充質(zhì)標(biāo)志物（如Slug）的表達(dá)增加以及ERK通路的激活有關(guān)。

 

乳腺癌患者抵抗素、CXCL5和磷酸化ERK表達(dá)的相關(guān)性

 

基于臨床前研究結(jié)果，進(jìn)一步分析了在乳腺癌患者中抵抗素、CXCL5和ERK磷酸化的表達(dá)水平之間是否存在臨床相關(guān)性（圖4 A）。值得注意的是，發(fā)現(xiàn)抵抗素表達(dá)與患者乳腺腫瘤組織中CXCL5表達(dá)呈正相關(guān)（圖4 B）。此外，觀察到抵抗素與磷酸化ERK表達(dá)之間存在正相關(guān)關(guān)系（圖4 C），CXCL5與磷酸化ERK表達(dá)之間也存在正相關(guān)關(guān)系（圖4 D）。實(shí)驗(yàn)還通過ELISA檢查了乳腺癌患者血清抵抗素和CXCL5水平，結(jié)果顯示兩種蛋白質(zhì)之間存在正相關(guān)（圖4 E）。這些臨床數(shù)據(jù)和臨床前發(fā)現(xiàn)共同表明，在乳腺腫瘤微環(huán)境中抵抗素刺激的ADSCs誘導(dǎo)CXCL5分泌，以及在ERK信號(hào)通路的參與下促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞惡性腫瘤的潛力（圖4 F）。

 

圖4   乳腺癌患者腫瘤和血清標(biāo)本中抵抗素、CXCL5 和 ERK 磷酸化蛋白表達(dá)的相關(guān)性分析

 

目前的研究增加了越來越多的證據(jù)表明，腫瘤-基質(zhì)相互作用在乳腺癌中具有重要意義，特別是這些數(shù)據(jù)表明，抵抗素可能通過不同的機(jī)制途徑起作用，與以前單獨(dú)使用腫瘤細(xì)胞模型發(fā)現(xiàn)的不同。這些新發(fā)現(xiàn)的抵抗素通路可能通過乳腺腫瘤微環(huán)境中的ADSCs通過CXCL5分泌介導(dǎo)，導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞的惡性行為。此外，該研究中報(bào)道的ADSCs與乳腺癌細(xì)胞系的共培養(yǎng)模型可用于研究ADSCs對(duì)患者來源的腫瘤異種移植物（PDXs）的影響，以再現(xiàn)乳腺腫瘤微環(huán)境的復(fù)雜性。
 

參考文獻(xiàn)：Wang YY, Hung AC, Wu YC, Lo S, Chen HD, Chen YK, Hsieh YC, Hu SC, Hou MF, Yuan SF. ADSCs stimulated by resistin promote breast cancer cell malignancy via CXCL5 in a breast cancer coculture model. Sci Rep. 2022 Sep 14;12(1):15437. doi: 10.1038/s41598-022-19290-6. PMID: 36104403; PMCID: PMC9475041.

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36104403/

 

小編旨在分享、學(xué)習(xí)、交流生物科學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請(qǐng)聯(lián)系小編修正。

微信搜索公眾號(hào)“Naturethink”，了解更多細(xì)胞體外仿生培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用！