乳腺癌腦轉移＝病危？蛋白質多維組學研究揭示乳腺癌腦轉移機制

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編者按

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，由於影像學技術的進展以及生存期的延長，乳腺癌腦轉移的發病率越來越高。深入了解腦轉移瘤形成過程中基因功能和分子通路變化，對指導其治療策略，預防這種致命的癌症併發症是非常重要的。來自歐洲的研究人員，通過多組學結合的研究方法，發現鳥苷結合蛋白1是一種關鍵的T淋巴細胞誘導蛋白，可以促使乳腺癌細胞穿過血腦屏障,引髮乳腺癌細胞腦轉移。研究揭示了T細胞在ER-乳腺癌腦轉移形成中的作用，同時也為預防乳腺癌腦轉移的發展提供了潛在的干預靶點。相關論文發表在著名的學術期刊Acta Neuropathologica上。

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研究思路

本文研究主要包含兩部分：（1）研究者通過比較原發性乳腺癌發展轉移到大腦、和轉移到其他器官患者的原發腫瘤樣本，確定參與腦轉移形成的基因和通路，發現T淋巴細胞活化調控基因在與腦轉移瘤中顯著富集。（2）使用蛋白質組學比較T細胞共培養前後乳腺癌細胞的差異蛋白，結合功能驗證，發現T淋巴細胞通過誘導GBP1表達促進乳腺癌的腦轉移。

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研究速讀

1．轉腦轉移相關的樣本中，T淋巴細胞顯著富集

作者比較原發性乳腺癌發展轉移到大腦、和轉移到其他器官患者的原發腫瘤樣本的基因表達譜，發現298個差異調節基因，其中176個與腦轉移相關的腫瘤組中上調，而122個基因在與其他器官轉移相關的組中被調控。功能分析表明在與腦轉移相關的樣本中「T細胞活化調控」最為突出（如圖1）。通路分析表明「T淋巴細胞反應」的顯著參與。

篩選11例腫瘤浸潤淋巴細胞（TILs）的腫瘤，發現TILs分布在主腫瘤間基質的乳腺癌患者已向其他器官轉移。相反，TILs侵入腫瘤中的病人已經發展為腦轉移。這項觀察表明T淋巴細胞具有提高乳腺癌患者發生腦轉移的能力。

圖1 腦轉移相關的樣本中「T細胞活化調控」最為突出

2．T淋巴細胞提高乳腺癌細胞跨越血腦屏障模型的能力

為了在功能上驗證T細胞刺激腦轉移，作者用使用T淋巴細胞 (不包括T細胞) 的條件培養基，培養三種能夠跨越血腦屏障的乳腺癌細胞MDA-MB-231、MDA-MB-231-BM和SUM159PT，發現乳腺癌細胞通過腦屏障的能力增強，儘管不顯著（> 80–250細胞）（圖2）。其次，通過共同培養SUM159PT 乳腺癌細胞與抗原特異性T細胞，發現乳腺癌細胞與T淋巴細胞之間相互作用增加了乳腺癌細胞跨越血腦屏障的能力(> 400細胞)。同時作者也驗證了T淋巴細胞對正常纖維細胞沒有相應的功能，T細胞分泌的干擾素IFNγ與T淋巴細胞所需的生長因子IL-2都沒有改變腦屏障的通透性。

圖2乳腺癌細胞與T淋巴細胞共培養跨越血腦屏障細胞數

3．蛋白質組學分析，揭示GBP1 蛋白改變乳腺癌細胞穿越腦屏障的能力

研究者使用蛋白質組學比較T淋巴細胞共培養前後乳腺癌細胞，在鑒定2500個蛋白中發現21個差異表達蛋白，其中12個蛋白上調；其中鳥苷結合蛋白1(GBP1)在mRNA水平與蛋白水平均上調（圖3a）。GBP1染色發現其只在那些發展成腦轉移的患者的原發性乳腺癌樣本中呈陽性，而不在向其他器官轉移的病人的樣本中。此外作者也通過RT-PCR檢測與T淋巴細胞共培養後GBP1上調；同時也驗證了20個獨立的原發性乳腺癌樣本的免疫組化染色，其中13個腦轉移患者的ER-乳腺癌樣本GBP1呈陽性；沉默GBP1的乳腺癌細胞與T細胞進行聯合培養後，穿越腦屏障的能力降低（圖3c）。

圖3 GBP1 蛋白參與改變乳腺癌細胞穿越腦屏障的能力

4．T淋巴細胞促進乳腺癌細胞在小鼠中的腦轉移

作者使用乳腺癌MMTV-NeuNT小鼠模型中的ErbB2+乳腺腫瘤建立了ErbB2-P乳腺癌細胞系。將其與活化T細胞的共培養可誘導癌細胞的Gbp1表達水平顯著增加；ErbB2-P與活化T細胞的共培養後接種免疫活性同源小鼠，53.8%的接種鼠發生了腦轉移，對肺部、肝臟、腎臟、腎上腺和骨骼沒有任何影響，表明活化T細胞可以提高乳腺癌細胞的腦轉移能力（圖4c/4d）。同時作者使用顯微鏡檢測了腦實質中癌細胞克隆，發現與T細胞共培養後的ErbB2-P細胞可以跨越腦屏障，從第一個滲出室侵入腦組織（圖4j）。

圖4 活化T細胞促進乳腺癌細胞在小鼠中的腦轉移

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小結

作者在原髮乳腺癌腫瘤樣本中發現T細胞活化調控基因與腦轉移相關，接下來使用蛋白質組學的研究方法，發現T淋巴細胞通過誘導GBP1表達促進乳腺癌的腦轉移。通過與T細胞共培養的乳腺癌細胞注射小鼠，證明T細胞在提高乳腺癌細胞跨越腦屏障的能力和促進大腦轉移方面發揮著重要作用。

研究不僅揭示T細胞在ER-乳腺癌腦轉移形成中的作用，同時為預防乳腺癌腦轉移的發展提供了潛在的干預靶點。

參考文獻：

Dana A.M. Mustafa,et al., (2018),T lymphocytes facilitate brain metastasis of breast cancer by inducing Guanylate?Binding Protein 1 expression.Acta Neuropathologica.

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