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上皮细胞竟能阻止乳腺癌转移?

作者:小D|2018年08月04日| 浏览:951

今天,我们先来看一张动图。

 

坏家伙,你往哪里逃!路见不平一伸手啊!

(红色的侵袭性细胞想从本来的位置逃脱,被监控的肌上皮细胞一把抓回来了)

 

这只绿色的“正义之手”究竟是是何方神圣?红色的逃跑者究竟是何方妖孽?

 

近期,发表在《细胞生物学杂志》的一项研究,为我们公布了这位低调的“抓癌英雄”。约翰霍普金斯医学院的研究人员在实验室培育的小鼠组织中证实,乳腺导管周围的肌上皮细胞层能够抓住这些意图“越狱”的癌细胞,防止癌细胞在体内扩散[1]。

 

这个新发现让肌上皮细胞层有了一个身份的转变,从以前的“静态”防御大将[2],升级到了“动态”打怪王者。

 

那么我们就坐看本研究的主要负责人Andrew Ewald 教授,究竟是怎么一步步地揭开肌上皮细胞层的英勇事迹的吧!

 

约翰霍普金斯医学院・Andrew Ewald 教授

 

近年来,乳腺导管内原位癌(DCIS)已占乳腺癌病例中的15%-30%[2]。可谓是来势汹汹!

 

这种乳腺导管内原位癌就发生在管腔内,而这些管腔内细胞又被肌上皮细胞层牢牢地包围着[3,4]。肌上皮细胞层就像长城一样防御着这些癌变的管腔内细胞。当这堵城墙有了缺口时,腔内癌细胞就会趁机攻破这道防线,就变成了不受约束的浸润型导管癌(IDC)。临床上,把这道防线作为侵袭性癌症和非侵袭癌症的判断标准。

 

为了可以全方位地观摩我们的“英雄”是如何大展身手的,本研究全程采用三维细胞培养技术来模拟肌上皮细胞层的屏障功能。

 

之前研究表明, Twist1基因的过表达与肿瘤的迁移性、侵袭性有关[5]。因此,Ewald和他的团队对从小鼠乳腺导管内层提取的细胞进行了基因工程改造,使得Twist1基因只在管腔细胞中表达,在肌上皮细胞中不表达。

 

也就是说,这种方法让管腔内细胞具有很强的侵袭性和转移特性,这样就可以考察肌上皮细胞的业务能力了。

 

A图为:三维细胞培养,红色为具有侵袭性管腔内细胞, 绿色为正常肌上皮细胞

B图:肌上皮细胞的抓捕率为92%,简直抓捕小能手

 

一个惊人的现象出现了,当具有侵袭性管腔内细胞(Luminal-Twist1)突破肌上皮层时,肌上皮细胞便一把抓住了这些误入歧途的细胞。在多达114次的观察中,肌上皮细胞将其拉回到乳腺导管内的成功率达到了92%。

 

嘿嘿嘿,破案了!原来动图里面的“神来之手”就是肌上皮细胞呀,被抓住的红色细胞就是“变坏”的管腔内细胞啊!

 

嗯?这些肌上皮细胞怎么摇身一变,变得如此厉害。除了会防守,还会主动进攻了。莫非是人民币玩家?!

 

想逃,哪有那么容易

 

接下来,研究者通过流式细胞仪对细胞进行分选,以此来调整侵袭性管腔内细胞和肌上皮细胞的比例,再对其进行培养。结果显示,随着正常的肌上皮细胞数量的增加,逃逸的侵袭性管腔内细胞数量会减少。与没有防御屏障的侵袭性管腔内细胞相比,每增加两个肌上皮细胞,侵袭性管腔内细胞的逃逸率将减少4倍。

 

原来肌上皮细胞并没有充钱,而只是细胞多力量大。这才是真正的组团开黑啊!

 

结构更完整肌上皮细胞才能更有效防止侵袭细胞扩散

 

为了更进一步了解这位揭竿而起的大英雄,研究者对其抓住侵袭性管腔内细胞的这一壮举进行了深度研究。

 

此前研究表明,细胞的收缩功能与α-平滑肌动蛋白(α-SMA)有关[6,7]。研究者就将利用shRNA 慢病毒抑制了α-平滑肌动蛋白表达,使肌上皮细胞失去伸缩性[8]。果不其然,突破肌上皮细胞的侵袭性细胞数量比正常肌上皮细胞组增加了3倍。

 

没有了α-平滑肌动蛋白助力,肌上皮细胞会溃不成军。

 

研究者在此基础上推测,肌上皮细胞能完成伸出手臂去抓回侵袭性管腔内细胞这套完美动作,可能与其“柔韧性”密不可分。

 

失去肌动蛋白的肌上皮细胞,眼睁睁看侵袭性腔内细胞溜走,好气啊!

 

以上研究利用twist+模型,基本确定了肌上皮细胞可以有效的控制侵袭性腔内细胞的扩散和转移,但以上均属演习。毕竟,侵袭性管腔内细胞不是真正的癌细胞!

 

为了进一步考察这些“警察”细胞的逮捕能力,接下来的研究将它们推上了实战之路。研究者先从小鼠乳腺癌模型中分离出肿瘤器官,再利用器官培养来测试它们抑制癌细胞侵袭的能力。将肌上皮细胞和这些肿瘤器官放在胶原蛋白环境下进行共培养,以模拟浸润性癌细胞周围的基质微环境。

 

正所谓,仇人见面分外眼红。研究发现肌上皮细胞会慢慢靠近癌细胞,将癌细胞包裹在细胞层之中,控制其传播。随着肌上皮细胞层的覆盖,癌细胞就更别想进行扩散了。肌上皮细胞还可以延伸到基质(胶原蛋白)中捕获扩散的肿瘤细胞。

 

通过共聚焦实时成像对肌上皮细胞的业务能力进行了量化。肌上皮细胞对癌细胞实施了围追堵截,控制住了78%蠢蠢欲动的癌细胞,逮捕了12%那些暂时出逃成功的癌细胞。

 

原来肌上皮细胞的业务能力并非浪得虚名!

 

该出手时就出手啊

 

至此,研究人员从演习到实战对肌上皮细胞的抑癌能力进行了全方位的研究。我们相信,战略地位如此重要的肌上皮细胞,其功能一定还会被不断地发现、挖掘。

 

研究者表示,现在需要进一步的研究来确定肌上皮细胞用于检测和响应侵袭性腔内细胞的传感机制,尤其是侵袭性腔内细胞已经逃逸之后。同时,阐明肌上皮屏障最终失效、癌细胞成功转移到远处的机制也很重要。研究者期望可以更好、更完整地了解肌上皮细胞层的功能,这样有助于指导乳腺癌患者的诊断和治疗。

 

针对本研究,旧金山加利福尼亚大学的外科病理学家Eliah Shamir博士表示,肌上皮细胞的物理完整性和肌上皮细胞内的基因表达对于预测人类乳腺肿瘤的变化非常重要。肌上皮细胞层的任何地方变薄或变形,都会给狡诈的癌细胞制造逃逸的机会。

 

参考资料:

[1] Orit Katarina Sirka, Eliah R. Shamir, Andrew J. Ewald. Myoepithelial cells are a dynamic barrier to epithelial dissemination[J]. Journal of Cell Biology.2018.

[2] Gauthier M L, Berman H K, Miller C, et al. Abrogated response to cellular stress identifies DCIS associated with subsequent tumor events and defines basal-like breast tumors.[J]. Cancer Cell, 2007, 12(5):479.

[3] Keller P J, Arendt L M, Skibinski A, et al. Defining the cellular precursors to human breast cancer.[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2012, 109(8):2772-2777.

[4] Tao L, Bragt M P A V, Li Z. A Long-Lived Luminal Subpopulation Enriched with Alveolar Progenitors Serves as Cellular Origin of Heterogeneous Mammary Tumors[J]. Stem Cell Reports, 2015, 5(1):60.

[5] Yang J; Mani SA; Donaher JL; Ramaswamy S; Itzykson RA; Come C; Savagner P; Gitelman I; Richardson A; Weinberg RA. Twist, a Master Regulator of Morphogenesis, Plays an Essential Role in Tumor Metastasis[J]. Cell, 2015, 117(7):927-939.

[6] Werling R W, Hwang H, Yaziji H, et al. Immunohistochemical distinction of invasive from noninvasive breast lesions: a comparative study of p63 versus calponin and smooth muscle myosin heavy chain.[J]. American Journal of Surgical Pathology, 2003, 27(1):82.

[7] Hilson J B, Schnitt S J, Collins L C. Phenotypic Alterations in Ductal Carcinoma In Situ-associated Myoepithelial Cells[J]. American Journal of Surgical Pathology, 2008, 33(2):227-232.

[8] Knott S V, Maceli A R, Erard N, et al. A Computational Algorithm to Predict shRNA Potency[J]. Molecular Cell, 2014, 56(6):796-807.

 

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