Keep fit，给你一个减肥的理由！Cell Reports报告脂肪细胞间质转化促进乳腺癌进展

肥胖通常被认为是乳腺癌发展和预后不良的重要风险因素之一。有研究发现，在乳腺癌中，肿瘤细胞与乳腺脂肪细胞密切接触。这些肿瘤相关脂肪细胞表现出脂解增强和促进肿瘤侵袭性。

肿瘤基质是一种广泛的异质性组织，包含肿瘤干细胞以外的多种细胞类型，包括成纤维细胞以及上皮细胞和免疫细胞；基质中细胞反应和代谢重编程的编排形成了有利于肿瘤生长的独特微环境。

在乳腺癌进展过程中可以观察到米色脂肪细胞的出现。这些是分解代谢增强的细胞，其中“脂质储存”白色脂肪细胞被“脂质燃烧”米色脂肪细胞取代。另一方面，在几种生理和病理条件下可见脂肪细胞去分化，包括皮肤纤维化、泌乳和脂肪肉瘤。脂肪细胞去分化过程中的代谢重编程是脂肪肉瘤发生的重要因素。此外，在体外通过机械压迫诱导的脂肪细胞去分化中，对乳腺肿瘤生长具有积极作用。

近期，Cell Reports杂志中，通过利用涉及脂肪细胞谱系追踪和单细胞RNA测序技术的方法，Philipp Scherer教授等人报告了直接的遗传学证据，即在肿瘤进展过程中乳腺肿瘤细胞和脂肪细胞之间的惰性驱动脂肪细胞间充质转化去分化。

在多西环素（dox）依赖的“脉冲标记”脂肪细胞示踪系统，即“AdipoChaser mouse”中（图1左），研究者不仅用EGFP永久标记了所有成熟的脂肪细胞，还永久标记了来自这些细胞的所有细胞。随后，研究者进一步将这些小鼠杂交到乳腺肿瘤模型MMTV-PyMT小鼠(PyMTChaser)中，并在肿瘤出现前标记脂肪细胞。

有趣的是，在肿瘤侵袭性边缘和肿瘤的一些较深区域，EGFP标记的细胞似乎较小，并表现出成纤维细胞样形态，表明成熟脂肪细胞向APC的转变（图1右）。此外，研究者在这些小鼠中植入EO771细胞以诱导异位乳腺肿瘤(AlloChaser)。同样，同种异体移植肿瘤病变也诱导脂肪细胞脱脂和APC样转化，这一过程发生在肿瘤侵袭区域，但不发生在肿瘤更远端的乳腺脂肪区域。此外，在氧非依赖性示踪系统中也观察到肿瘤诱导的脂肪细胞APC样转化的类似模式。因此，异位肿瘤植入和遗传诱导的肿瘤均起源于内源性导管上皮，诱导脂肪细胞去分化表型，这些去分化的脂肪细胞完全整合到肿瘤基质中而不是发生凋亡，提示肿瘤中发生了所谓的“脂肪细胞间质转化”(AMT) 过程。

图1

随后，研究者分别用PyMTChaser或AlloChaser小鼠（PyMT-EGFP⁺或Allo-EGFP⁺细胞）的去分化脂肪细胞(EGFP⁺，tdTomato^-)进行单细胞RNA测序。共分析了576个(PyMT)和2135个（同种异体）EGFP⁺/tdTomato^-细胞，在两个细胞群中均观察到高度异质性，且具有不同的基因表达特征。在这两种情况下，成熟的脂肪细胞标记物Adipoq和Lep都无法检测到，而Plin1和 Fabp4只在其中少数EGFP⁺细胞中表达。相比之下，在PyMT-EGFP⁺ 细胞中，成脂主调控因子Pparg和Cebpa以及其他脂肪细胞早期分化标志物，如Lpl，主要存在于第2组或第3组（图2左）。在Allo-EGFP⁺细胞中也观察到类似的模式，其中Pparg、Cebpa和Lpl主要存在于第1、3、4或6组中（图2右）。

图2

这些结果反映了这些细胞已经失去了脂肪细胞的身份，并已经过渡到新的细胞类型。此外，根据Cd44、Ly6a、Cd24a、Cd9、Icam1或Cd38的表达判断，两个病例组中的突出人群均表现出间充质干细胞或脂肪细胞祖细胞基因特征。因此，脂肪细胞经历了一个由肿瘤病变驱动的去分化过程，并导致了AMT。

研究者分析了通常从Allo-EGFP⁺细胞表达Lpl的突出组。结果表明，这些去分化细胞可能处于收获过程中的不同过渡阶段。有趣的是，除了它们的间充质干细胞或脂肪细胞祖细胞基因特征外，这些去分化细胞（主要来自PyMT-EGFP+细胞的第1组和第2组以及来自Allo-EGFP+细胞的第1组和第4组），也显示巨噬细胞标记，包括Adgre1、Itgam和Lgals3，表明这些细胞群获得了“巨噬细胞样”特征（图3）。

相比之下，主要来自PyMT-EGFP⁺细胞的第3组细胞和来自Allo-EGFP⁺细胞的第3组和第6组细胞表达成纤维细胞标记物，如Acta2、Vim或Serpinh1（图3）。此外，还有小细胞群（来自PyMT-EGFP⁺细胞的第4组和第5组，Allo-EGFP⁺细胞的第2组和第5组）表达Cd3e（T细胞标记）或Cd19（B细胞标记），此外还有脂肪细胞前体标记，表明这些细胞具有混合表型。

图3

进一步分析结果表明，去分化的脂肪细胞获得了祖细胞的特征，并可以在浸润肿瘤的背景下转变为多种细胞类型。基于此，研究者还分析了培养物中去分化细胞和肿瘤相关成纤维细胞的ECM重塑和炎症反应。有趣的是，EGFP⁺细胞表达与EGFP^-细胞相当水平的ECM重塑相关的基因。然而，EGFP⁺细胞对脂多糖（LPS）暴露更敏感。因此，这些去分化细胞可能在免疫反应和ECM重塑方面介导了一个对肿瘤“友好”的微环境。与这些反应一致，即使在远离患者浸润病变的乳腺脂肪中也观察到胶原蛋白生成增加和炎症（图4）。定量分析进一步表明，与远离浸润肿瘤细胞的区域相比，邻近肿瘤病灶的脂肪组织纤维化程度更高，反映了肿瘤侵袭时发生了高度的ECM重塑。

图4

培养基中的代谢物谱分析表明，去分化细胞和肿瘤相关成纤维细胞的代谢反应表现不同。在进食条件下，EGFP⁺细胞表现出不同的途径，涉及氨基酰-tRNA生物合成和嘧啶代谢，而在禁食条件下，这些细胞包含与丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢以及糖酵解/糖异生相关的途径。糖酵解应激试验表明，与EGFP^-细胞相比，EGFP⁺细胞表现出糖酵解增强。EGFP⁺细胞表现出相似的基础和最大耗氧率（OCRs），但表现出更高的偶联效率。因此，去分化细胞在代谢上与肿瘤成纤维细胞不同。最后，研究者检测了它们对肿瘤细胞增殖的影响。有趣的是，来自EGFP⁺和EGFP^-细胞的条件培养基对各种人类以及小鼠的乳腺癌细胞的增殖率发挥了相似的影响。

因此，似乎去分化的细胞与肿瘤相关的成纤维细胞相协同促进了一个支持肿瘤生长的微环境。

为了了解直接调节AMT是否可以影响肿瘤的生长，研究者利用脂肪细胞中脂质储存能力增强或受损的小鼠模型。作为一个脂质储存能力降低的模型，研究者使用了一个在脂肪细胞中具有构成型Xbp1s表达的模型（这里称为Ad-Xbp1s小鼠）。Ad-Xbp1小鼠的脂肪减少，脂肪垫明显更小。因此由于脂肪减少，Ad-Xbp1s小鼠表现出较低的脂联素和瘦素水平和高血糖，但没有高胰岛素血症。此外，在Ad-Xbp1s小鼠中，喂食的血清非酯化脂肪酸升高，而空腹甘油三酯降低。 有趣的是，X-box结合蛋白1（XBP1）（未剪接）和Xbp1s表达在肿瘤脂肪和肿瘤病灶内均显著上调。并由此产生Xbp1sChaser小鼠。事实上，早在脂肪细胞中Xbp1s诱导2周就会引起显著的去脂和去分化（图5）。结果Ad-Xbp1s-PyMT双转基因小鼠表现出更大的肿瘤负荷。而且，Ad-Xbp1s-PyMT小鼠的病变相关脂肪组织几乎完全消失。因此，Xbp1s可诱导脂肪细胞去脂和去分化，促进肿瘤生长。

图5

相比之下，脂肪细胞MitoNEET转基因小鼠由于脂肪组织的健康扩张而表现出更高的肥胖。与之前的结果一致，AdMitoNEET-PyMT双转基因小鼠也表现出脂质再酯化升高和较高的肥胖率，这表明这些小鼠显著倾向于脂质存储，而不是脂质利用。然而，在这种脂肪组织富集的微环境中，在普通饲料喂养条件下，肿瘤生长通过显著降低肿瘤负荷而受到抑制。

在高脂饲料（HFD）喂食条件下，这些结果变得更加显著。组织学分析表明，野生型（WT）小鼠周围的脂肪细胞大部分被肿瘤团块“吞噬”，与Ad-MitoNEET-PyMT小鼠的形态形成鲜明对比（图6）。因此，这些结果强烈表明，具有增强脂质储存能力的脂肪细胞通过限制肿瘤细胞的底物可用性，同时限制脂肪细胞发生AMT的潜力，来限制肿瘤进展。这表明，有效的去脂化是AMT过程的重要组成部分。

图6

总之，本研究发现肿瘤细胞和脂肪细胞之间的相互作用导致了去分化时的AMT。脂肪细胞去分化可能是适应生理和病理生理应激环境的独特过程。研究结果表明，肿瘤诱导的去分化脂肪细胞与肿瘤相关的成纤维细胞具有不同的代谢特征。这种代谢重编程可能是肿瘤进展过程中脂肪细胞去分化的一种激励机制。此外，这些去分化的细胞对肿瘤细胞的增殖具有与肿瘤相关成纤维细胞相似的作用。因此，这些细胞是肿瘤间质的独特组成部分，在那里它们进一步与肿瘤相关的成纤维细胞串联，赋予了肿瘤一个“友好”的微环境。
然而本研究还不能确定脂肪细胞朝其他类型转变的分子机制，但肿瘤可能起着“引导”的作用，未来将进一步探索该过程中的关键驱动因素。

               

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