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肥胖人群为何患癌几率更大，这与细胞外基质中的相关蛋白有关

2020年12月15日

编译：Queenie

来源：肿瘤资讯

细胞外基质（ECM）是肿瘤微环境的主要组成部分，可促进局部浸润以驱动转移。一篇发表于Science Advances的研究学习了全组织ECM在疾病状态下对与转移相关的肿瘤细胞表型的影响，并确定了驱动这些效应的单个ECM蛋白和信号传导途径，结果显示来自荷瘤和肥胖者乳腺的脱细胞ECM会驱动三阴性乳腺癌（TNBC）细胞入侵，而肥胖者乳腺的ECM蛋白质组学使研究人员确定了全长胶原蛋白VI是TNBC细胞侵袭的新型驱动力，从而为相关疾病的预防与治疗提出了新的见解。

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研究背景与介绍

研究统计，在人的一生中，将有两分之一的男性和三分之一的女性被诊断出患有癌症，癌症患者的主要死亡原因是转移，即肿瘤细胞从原发性肿瘤扩散到体内的继发部位。三阴性乳腺癌（TNBC）约占乳腺癌病例的15％至20％，由于其异质性和有限的可靶向驱动突变，因此具有侵略性且难以治疗，同时，TNBC的复发率超过30％，且在诊断后的前三年中复发率最高。而了解促进局部浸润的局部肿瘤微环境（TME）特征将提高预测和追踪转移性复发的能力，并最终减少癌症死亡。

本次研究描述了一种方法和实验流程，用于识别和研究与驱动乳腺癌转移有关的ECM蛋白，其中涉及从瘦，肥胖和荷瘤的乳腺中分离的脱细胞ECM（dECM）支架，后重新接种细胞并通过实时成像研究在全组织ECM驱动作用下对肿瘤细胞增殖和侵袭的影响。结合蛋白质组学和机制信号分析，本次试验方法可用于研究ECM对肿瘤细胞的行为影响，鉴定帮助进行局部侵袭的ECM蛋白，并确定其影响肿瘤细胞行为的机制。研究人员发现胶原蛋白VI是肥胖和荷瘤乳腺中上调的ECM蛋白，也是TNBC细胞入侵的主要驱动力，并发现通过NG2-表皮生长因子受体（EGFR）串扰和有丝分裂原激活的蛋白激酶（MAPK）信号传导抑制的胶原蛋白VI驱动下的入侵可降低TNBC细胞对肿瘤和肥胖ECM的反应，从而确定可用于检测和靶向癌症的目标。

研究结果

肥胖与乳腺组织ECM组成的变化有关

研究人员使用饮食诱导的肥胖症模型（图1A），并分离了以食物或60％大卡高脂饮食（HFD）喂养16周的雌性C57BL / 6小鼠的乳腺组织。高脂饮食饲喂的小鼠体重是普通饮食小鼠的两倍，并且含有2至5克的皮下脂肪，乳腺组织切片的H＆E染色证实，肥胖小鼠的组织中脂肪细胞肥大。用瘦小鼠和肥胖小鼠的dECM支架评估肥胖对全组织ECM驱动下的肿瘤细胞表型的影响，并表征肥胖乳腺的ECM组成（图1B）。在瘦和肥胖小鼠的乳腺ECM支架上接种了231-GFP细胞，并成像过夜，从而分析细胞运动（图1C）。与来自瘦小鼠乳腺的ECM相比，从肥胖小鼠乳腺分离的dECM显著提高了细胞侵袭速度（图1D）；但对肿瘤细胞的增殖没有影响（图1E）。这些数据表明，肥胖症会诱发驱动TNBC肿瘤细胞侵袭的ECM成分中整个组织的变化。

而蛋白质组学分析表明，瘦和肥胖小鼠的乳腺组织的ECM组成是不同的（图2 F和G），其中发现与瘦小鼠相比，肥胖小鼠的乳腺中有许多蛋白质上调。之后，研究人员将肥胖基质组与两个已发表的乳腺肿瘤蛋白质组学进行了比较（图2H），从而确定了九种基质蛋白的共同特征，这些蛋白在肿瘤和肥胖ECM中均被上调，包括胶原蛋白VI，胶原蛋白XII，FN，LAMA5，VTN，ELN，VWA1，LGALS1和ANXA3（图2I）。这些数据表明肥胖引起的ECM组成的组织水平变化与在肿瘤发生过程中观察到的变化重叠，并且也驱动了TNBC肿瘤细胞的侵袭。

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图1 来自肥胖小鼠乳腺的ECM会增加细胞侵袭并与乳腺肿瘤的ECM成分重叠

肥胖和肿瘤ECM中上调的胶原VI可促进TNBC癌细胞转移

在上述确定的9种ECM蛋白中，研究人员选择关注以下4种：FN，胶原VI，弹性蛋白和层粘连蛋白。这些蛋白质均可商购，并且已经存在用于染色的抗体。并采用了三种主要用于研究细胞与ECM相互作用的主要测定方法：粘附测定，2D细胞迁移和3D入侵。在粘附测定中，对于接种的MDA-MB-231细胞，胶原VI增加了细胞面积和细胞离心率；FN增加细胞面积，但不改变细胞形状；层粘连蛋白和弹性蛋白均未对细胞形状产生任何显着影响。使用另一种TNBC细胞系MDA-MB-468也获得了相似的结果。而在2D细胞迁移测试中，与无ECM对照相比，胶原蛋白VI显着增加了MDA-MB-231，MDA-MB-468细胞与上皮性恶性乳腺癌细胞系MCF-10A的细胞迁移。并且，在基质3D球体模型中向基质中添加胶原VI也会显著增加MDA-MB-231的侵袭。基于以上数据，研究人员认为胶原VI（一种在肿瘤和肥胖ECM中均上调的ECM蛋白）是TNBC细胞迁移的主要驱动力。

肥胖和肿瘤ECM中胶原VI的表达上调

胶原蛋白VI由乳腺组织中的间质脂肪细胞分泌，并存在于肿瘤间质中。研究人员对从小鼠获得的瘦乳腺和肥胖乳腺进行了胶原蛋白VI的免疫染色发现，相对于瘦小鼠，肥胖小鼠乳腺中的胶原VI积累增加，乳腺周围和间质区域中的胶原蛋白VI含量较高（图2 A和B）。胶原蛋白VI由编码α链的六个不同基因（COL6A1至COL6A6）编码，研究人员通过公开数据集发现，具有高水平COL6A1 / COL6A2 / COL6A3链的患者比低水平患者的结局更差（图2 C）。后研究人员调查了TNBC人类患者中胶原VI是否与体重指数（BMI）相关，对9例BMI为20至36的TNBC女性患者进行了胶原蛋白VI和脂蛋白活检组织样本染色（图2 D）。在肿瘤腔室内，BMI和胶原蛋白VI表达水平之间没有相关性（图2 E）。但是，在间质区和肿瘤周围区域，TNBC患者的BMI与胶原VI表达呈正相关（图2 F和G）。这些数据表明本研究中实验平台可以识别与人类乳腺癌相关的ECM转移驱动因素。

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图2 肥胖乳腺ECM中富含胶原蛋白VI, 肿瘤胶原蛋白VI高的TNBC患者的总生存期较低

胶原蛋白VI通过NG2和EGFR串扰和MAPK信号传导驱动TNBC癌细胞的迁移

研究人员之后进行了对胶原蛋白VI促进乳腺癌侵袭的机制的研究，在乳腺癌中，胶原蛋白VI被认为通过其C端片段内啡肽（ETP）来驱动乳腺癌细胞迁移，但研究人员发现ETP对MDA-MB-231细胞的迁移没有影响，同时胶原蛋白VI可以通过蛋白聚糖NG2和β1整合素发出信号，两者都可以与受体酪氨酸激酶（RTK）发生串扰。胶原蛋白VI驱动的MDA-MB-231乳腺癌细胞迁移受到NG2特异性抗体（NG2ab）的部分抑制，而不受β1抑制性抗体（β1ab）的抑制。并且在所使用的剂量下，两种抗体均不影响增殖，这些发现在MDA-MB-468细胞中也得以证实。由于NG2与胶原蛋白VI的中央部分结合，而不与C末端ETP片段结合，因此这些数据表明胶原蛋白VI通过与ETP无关的机制驱动TNBC入侵。 NG2已显示与RTK（例如EGFR）发生串扰以驱动细胞内信号传导。 NG2ab和EGFR抑制剂拉帕替尼分别或组合治疗，相对于其自身的媒介物对照物，在胶原VI上的细胞迁移减少了，且剂量不影响细胞活力。这些研究表明NG2和EGFR协同作用介导胶原VI驱动的TNBC细胞粘附和迁移。

阻断胶原蛋白VI信号传导减少肥胖和肿瘤ECM驱动的侵袭

最后，研究人员研究了胶原VI驱动的信号是否会导致dECM中荷瘤和肥胖小鼠的TNBC细胞侵袭增加。在瘦、肥胖和荷瘤小鼠的dECM上接种了MDA-MB-231细胞，并用NG2ab对其进行了处理发现，对NG2的抑制作用降低了从肥胖和荷瘤小鼠中获得的dECM的迁移。并且，NG2 / EGFR和MAPK的抑制作用降低了PyMT肿瘤ECM驱动的侵袭。这些研究表明，在肥胖和肿瘤进展的背景下，胶原蛋白VI驱动的信号传导有助于ECM介导的TNBC细胞入侵。

研究讨论

众所周知，ECM可以调节癌症的许多特征，并且是转移的主要驱动力，而转移是癌症患者死亡的主要原因。在本次研究中，结合使用dECM支架，蛋白质组学和实时成像，研究人员确定了胶原VI是TNBC细胞入侵的驱动力。具体来说，肥胖与乳腺癌发病率、转移和化学耐药性增加相关，同时肥胖也可以通过纤维化诱导乳腺ECM的成分变化。通过本次研究中使用的模型发现来自肥胖和荷瘤乳腺的ECM会驱动TNBC细胞入侵，并且肥胖乳腺中的ECM蛋白与已发布的乳腺肿瘤ECM数据集重叠。胶原蛋白VI在肿瘤和肥胖ECM中均上调，并显示胶原蛋白VI通过NG2结合促进TNBC细胞粘附、2D迁移和3D入侵，从而激活EGFR / MAPK信号传导轴。总的来说，本次研究定义了一种新的机制，肥胖可以通过这种机制促进TNBC的发展，并确定胶原VI是TNBC细胞入侵的驱动力。

本次研究的发现将有助于基于ECM以检测和定位局部侵袭和转移新工具的开发与使用，现已开发出使用ECM靶向抗体或模拟肽等最新工具，从而可视化并利用ECM的存在进行药物靶向或药物递送。 ECM是开发基于血液的生物标记物的具有吸引力的目标，这些物质在血液中的存在可以告知肿瘤对特定药物的反应程度以及肿瘤的侵袭性， ECM被切割后，ECM片段进入循环并可以通过蛋白质组学检测。先前研究表明，在血液中可以检测到由肿瘤蛋白酶释放的肽，从而可以预测人类患者的药物反应。因此，由ECM片段可以推断血液中的蛋白酶活性。同时，ECM还很适合使用临床模式进行成像，例如光声成像或磁共振成像（MRI），从而在整个治疗过程中帮助检测和监测肿瘤。最后，肥胖症不成比例的影响某些种族，在黑人和西班牙裔中患病率最高。

了解肥胖如何影响癌症转移可以为预防与治疗提供新的思路，帮助了解不同种族人群中癌症的发展方式，以及这些受癌症高度影响的人群可能的新治疗方向。

参考文献

Wishart A, Conner S, Guarin J et al. Decellularized extracellular matrix scaffolds identify full-length collagen VI as a driver of breast cancer cell invasion in obesity and metastasis. Sci Adv. 2020;6(43):eabc3175. doi:10.1126/sciadv.abc3175

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