抵抗素刺激的ADSCs在乳腺癌共培养模型中通过CXCL5促进乳腺癌细胞恶性肿瘤

抵抗素刺激的ADSCs在乳腺癌共培养模型中通过CXCL5促进乳腺癌细胞恶性肿瘤

乳腺癌是最常见的癌症,也是女性癌症死亡的主要原因。肥胖的脂肪组织可以通过释放多种细胞因子、脂肪细胞因子、趋化因子、脂质和生长相关因子来创造促癌环境,有利于肿瘤存活。最近的研究表明,一些脂肪细胞因子,如内脏脂肪素和抵抗素,通过乳腺肿瘤微环境中的细胞间相互作用促进乳腺癌的进展。


抵抗素是一种分泌蛋白,由小鼠的114个氨基酸或人类的108个氨基酸组成,同一性高达59%。新出现的证据指出,人类抵抗素在许多肥胖和炎症相关病理状况(包括各种癌症)中作为重要介质。特别是,抵抗素表达升高与晚期乳腺肿瘤特征有关,例如乳腺癌患者的肿瘤分期增加和淋巴结转移。然而,这些现象背后的生物学机制仍有待探索。


乳腺肿瘤微环境是由肿瘤细胞和多个基质细胞组成的异质性生态位,其中脂肪组织来源细胞占很大比例,被认为是促进乳腺癌恶性肿瘤的关键参与者。例如,将乳腺癌细胞与小鼠脂肪细胞共培养可增加乳腺癌细胞的增殖和迁移能力。此外,用来自人脂肪组织来源的巨噬细胞的条件培养基处理的乳腺癌细胞表现出增强的恶性表型,并且这些巨噬细胞过度表达癌症相关基因簇,其中趋化因子(C-X-C基序)配体1CXCL1)和趋化因子(C-X-C基序)配体5CXCL5)大多上调。此外,脂肪组织来源干细胞(ADSCs)的失调与乳腺癌的进展和转移有关,可能是通过多种C-X-C趋化因子的表达。


在中国台湾省高雄医学大学医学院、国立阳明交通大学生物医学工程学系及英国格拉斯哥大学医学兽医与生命科学学院的联合团队的一项研究中,探讨了抵抗素对ADSCs促进乳腺癌细胞恶性肿瘤的影响,重点是它们在肿瘤微环境中与乳腺癌细胞的相互作用。



抵抗素刺激的ADSCs在乳腺癌共培养模型中通过CXCL5促进乳腺癌细胞恶性肿瘤


抵抗素刺激的ADSCs增强乳腺癌细胞的恶性行为


分离的ADSCs随后用抵抗素(R-ADSCs)处理,或不用抵抗素处理作为对照,然后与人乳腺癌细胞系MDA-MB-231进行共培养,以进一步研究抵抗素的长期作用。与对照组相比,观察到与R-ADSCs共培养后MDA-MB-231细胞组的细胞活力增强(图1 A)。此外,当MDA-MB-231或侵袭性较低的乳腺癌细胞系MCF-7R-ADSCs共培养时,细胞迁移和侵袭程度增加(图1 BC)。此外,这些乳腺癌细胞与R-ADSCs共培养后,肿瘤球形成的数量增加(图1 D)。实验进一步分析了共培养条件下MDA-MB-231细胞中上皮-间充质转化(EMT)和癌症干细胞标志物的蛋白质水平。如图1 E所示,在与R-ADSCs共培养后,间充质标志物,如SlugSnail Vimentin和肿瘤干细胞标志物,如 NanogOct434MDA-MB-231细胞中增加。这些数据表明,抵抗素处理对ADSCs的激活有影响,导致乳腺癌细胞的恶性行为增强,如癌细胞生长和转移能力。



抵抗素刺激的ADSCs在乳腺癌共培养模型中通过CXCL5促进乳腺癌细胞恶性肿瘤

1 与抵抗素刺激的ADSC共培养后乳腺癌细胞的恶性行为增强



抵抗素刺激的ADSCs和乳腺癌细胞共培养时分泌的CXCL5增强了乳腺癌细胞的恶性行为


为了寻找参与R-ADSC促进的乳腺癌细胞恶性行为的关键介质,实验利用蛋白质组阵列在从共培养模型中收集的条件培养基中筛选一系列人类细胞因子和趋化因子。值得注意的是,与对照组相比,在含有R-ADSCs的共培养组的条件培养基中筛选的102种蛋白质中,发现趋化因子CXCL5是分泌最多的蛋白质(图2 A)。


由于CXCL5可能在肿瘤微环境中对乳腺癌细胞的生长和转移起着至关重要的作用,实验将研究重点放在这种趋化因子上,以进一步表征其在R-ADSC介导的乳腺癌恶性行为中的参与。ELISA检测表明,与对照相比,MDA-MB-231R-ADSCs共培养的条件培养基中CXCL5水平升高(图2 B)。此外,用重组CXCL5蛋白处理的MDA-MB-231细胞不仅显示出增强的细胞迁移和侵袭能力(图2 CD),而且间充质标志物Slug和干细胞标志物Oct4的表达也增强(图2 E)。此外,应用CXCL5中和抗体拮抗条件培养基中分泌的CXCL5,发现CXCL5中和抗体的存在消除了与R-ADSCs共培养后MDA-MB-231细胞的迁移和侵袭能力(图2 FG)。这些数据表明,共培养系统中CXCL5的诱导分泌在促进乳腺癌细胞恶性肿瘤中发挥了关键作用。



抵抗素刺激的ADSCs在乳腺癌共培养模型中通过CXCL5促进乳腺癌细胞恶性肿瘤

2 与抵抗素刺激的ADSCs共培养模型的条件培养基中分泌的CXCL5促进乳腺癌细胞的恶性行为



抵抗素刺激的ADSCs增强乳腺癌细胞迁移与细胞外信号调节激酶(ERK)磷酸化有关


为了阐明与R-ADSCs诱导的乳腺癌细胞恶性肿瘤相关的信号分子,通过磷酸激酶蛋白质组阵列从共培养模型中筛选了MDA-MB-231细胞中蛋白激酶的磷酸化状态。如图3 A,与R-ADSCs共培养后的MDA-MB-231细胞显示出蛋白质磷酸化的多种变化,在阵列上筛选的43个激酶磷酸化位点中,磷酸化的ERK与对照相比上升幅度最大。蛋白质印迹进一步证实了在相同共培养条件下MDA-MB-231细胞中ERK的磷酸化升高(图3 B)。


由于ERK信号的激活与CXCL5促进的乳腺癌恶性肿瘤有关,实验应用了 PD98059,一种用于 ERK 磷酸化的有效抑制剂,研究其在共培养模型中对乳腺癌细胞迁移的影响。结果表明,与未进行PD98059处理的组相比,应用PD98059R-ADSCs共培养后MDA-MB-231细胞的迁移能力大大降低(图3 C),表明ERK通路参与抵抗素刺激的ADSCs诱导的乳腺癌细胞恶性肿瘤。



抵抗素刺激的ADSCs在乳腺癌共培养模型中通过CXCL5促进乳腺癌细胞恶性肿瘤

3 乳腺癌细胞与抵抗素刺激的ADSCs共培养后,ERK磷酸化调节癌细胞迁移能力



抵抗素刺激的ADSCs通过上调CXCL5SlugERK磷酸化表达增强异种移植小鼠的乳腺肿瘤生长


接下来探索抵抗素刺激的ADSCs对体内乳腺肿瘤发展的影响,结果证实与R-ADSCs共培养的MDA-MB-231组的肿瘤生长与对照组相比显著增加。在八周的观察期内,小鼠的体重没有显著差异。与对照组相比,与R-ADSCs共培养的MDA-MB-231组中CXCL5SlugERK磷酸化的表达水平升高。这些数据表明,抵抗素刺激的ADSCs增强的异种移植乳腺肿瘤生长可能与CXCL5和间充质标志物(如Slug)的表达增加以及ERK通路的激活有关。


乳腺癌患者抵抗素、CXCL5和磷酸化ERK表达的相关性


基于临床前研究结果,进一步分析了在乳腺癌患者中抵抗素、CXCL5ERK磷酸化的表达水平之间是否存在临床相关性(图4 A)。值得注意的是,发现抵抗素表达与患者乳腺肿瘤组织中CXCL5表达呈正相关(图4 B)。此外,观察到抵抗素与磷酸化ERK表达之间存在正相关关系(图4 C),CXCL5与磷酸化ERK表达之间也存在正相关关系(图4 D)。实验还通过ELISA检查了乳腺癌患者血清抵抗素和CXCL5水平,结果显示两种蛋白质之间存在正相关(图4 E)。这些临床数据和临床前发现共同表明,在乳腺肿瘤微环境中抵抗素刺激的ADSCs诱导CXCL5分泌,以及在ERK信号通路的参与下促进乳腺癌细胞恶性肿瘤的潜力(图4 F)。



抵抗素刺激的ADSCs在乳腺癌共培养模型中通过CXCL5促进乳腺癌细胞恶性肿瘤


4 乳腺癌患者肿瘤和血清标本中抵抗素、CXCL5 ERK 磷酸化蛋白表达的相关性分析



目前的研究增加了越来越多的证据表明,肿瘤-基质相互作用在乳腺癌中具有重要意义,特别是这些数据表明,抵抗素可能通过不同的机制途径起作用,与以前单独使用肿瘤细胞模型发现的不同。这些新发现的抵抗素通路可能通过乳腺肿瘤微环境中的ADSCs通过CXCL5分泌介导,导致乳腺癌细胞的恶性行为。此外,该研究中报道的ADSCs与乳腺癌细胞系的共培养模型可用于研究ADSCs对患者来源的肿瘤异种移植物(PDXs)的影响,以再现乳腺肿瘤微环境的复杂性。







参考文献: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.

原文链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36104403/





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