生物芯片技術服務在乳腺癌腫瘤轉移研究中的應用

中山大學孫逸仙紀念醫院乳腺腫瘤中心宋爾衛教授主要從事乳腺癌的生物學特性及治療學基礎研究，在非編碼RNA調控腫瘤侵襲轉移及靶向導入小分子RNA抑制腫瘤轉移的研究方面有杰出工作。近期，宋爾衛教授課題組利用RayBio Human Cytokine Antibody Array揭示了乳腺癌轉移的新機制。炎癥因子芯片篩查發現，發生EMT的乳腺癌細胞通過分泌細胞因子GM-CSF激活巨噬細胞轉化為腫瘤相關巨噬細胞；而腫瘤相關巨噬細胞又可分泌趨化因子CCL18誘導乳腺癌細胞發生EMT和分泌細胞因子GM-CSF，形成正反饋循環環路，在乳腺癌轉移中發揮至關重要的作用。該研究成果刊登在國際頂級期刊Cancer Cell（影響因子23.893）。（芯片實驗由康成提供技術服務）

研究背景：

乳腺癌是全球女性發病率和死亡率最高的惡性腫瘤，已成為危害女性健康的第一“殺手”。乳腺癌腫瘤轉移是導致乳腺癌患者死亡的主要原因，針對乳腺癌腫瘤轉移的研究和治療成為了提高乳腺癌患者生存率的重要課題。上皮-間質轉化 (epithelial-mesenchymal transition, EMT) 是乳腺癌腫瘤轉移的關鍵步驟。腫瘤相關巨噬細胞 (tumor-associated macrophages, TAMs)是腫瘤微環境中數目最多的炎癥細胞，對腫瘤轉移有重要的調控作用。已有的研究發現發生EMT的腫瘤細胞（間充質樣腫瘤細胞）和腫瘤相關巨噬細胞都分布在腫瘤侵襲的前沿，提示兩者有相互作用。但因為腫瘤微環境在體研究中的困難，該猜想一直停留在假說水平。宋爾衛教授課題組本次研究的目的是利用RayBio Human Cytokine Antibody Array對腫瘤細胞和TAMs的相互作用展開系統研究。

研究思路：

宋爾衛教授課題組通過乳腺癌細胞株和人原代巨噬細胞共培養模型，發現發生EMT的乳腺癌細胞（間充質樣腫瘤細胞）比未發生EMT的乳腺癌細胞（上皮樣腫瘤細胞）更具有激活巨噬細胞成為TAMs的能力。作者應用RayBio Human Cytokine Antibody Array檢測發生EMT和未發生EMT的乳腺癌細胞培養上清液，結果顯示GM-CSF，IL-8，CCL2，GROa，GROb 和GROg 在發生EMT的乳腺癌細胞樣本中表達水平顯著升高，進一步驗證發現只有GM-CSF在乳酸的協同作用下能夠激活巨噬細胞轉化為TAMs。

宋教授課題組前期實驗成果表明TAMs能夠促進腫瘤轉移。作者用GM-CSF激活的巨噬細胞處理上皮樣腫瘤細胞，能夠促使后者轉化為間充質樣腫瘤細胞。其中，巨噬細胞分泌的趨化因子CCL18在EMT過程中發揮關鍵作用。研究表明，CCL18通過激活PI3K/Akt信號通路，促進NF-kB轉錄活性，進而誘導EMT。而轉錄因子NF-kB的一個靶基因恰是GM-CSF，反過來又能激活腫瘤相關巨噬細胞，從而形成正反饋循環環路。

進一步，宋教授課題組利用人源化小鼠腫瘤模型的研究發現：抑制GM-CSF能夠有效減少CCL18⁺細胞數目，并且抑制腫瘤轉移；而且抑制CCL18能夠減少GM-CSF，并且抑制腫瘤轉移。這些在體實驗證明腫瘤細胞分泌的GM-CSF和TAMs分泌的CCL18可以形成正反饋循環環路，促進乳腺癌腫瘤轉移。

此外，作者對中國三個乳腺癌中心1000多例乳腺癌臨床標本和國際腫瘤數據庫的分析，證實了GM-CSF與CCL18表達水平呈正相關，并與癌細胞EMT表型、高病理惡性程度、三陰乳腺癌亞型和病人不良預后密切相關。

技術路線：

結果展示： 

A

B

C

A．RayBio Human Cytokine Antibody Array（炎癥因子抗體芯片）檢測結果；

B． ELISA驗證芯片篩出的差異表達細胞因子；

C．細胞因子GM-CSF和趨化因子CCL18形成正反饋循環環路誘導乳腺癌腫瘤轉移模型。

研究意義：

該研究揭示了乳腺癌腫瘤轉移的新機制。通過乳腺癌細胞株和人原代巨噬細胞共培養模型，首次揭示發生EMT的乳腺癌細胞比未發生EMT的乳腺癌細胞更具有激活巨噬細胞的能力。炎癥因子芯片篩查發現，發生EMT的乳腺癌細胞通過分泌細胞因子GM-CSF，以及大量腫瘤代謝產物乳酸，共同激活巨噬細胞；而巨噬細胞又可分泌趨化因子CCL18激活PI3K/Akt信號通路，促進NF-kB轉錄活性，誘導乳腺癌細胞發生EMT和分泌細胞因子GM-CSF，形成正反饋循環環路。該研究深入探討了腫瘤細胞與腫瘤微環境之間的相互關系，為乳腺癌轉移機制的深入探索和治療新靶標的發現提供了重要的新方向。