盡管研究發(fā)現(xiàn)肥胖是癌癥的一種風(fēng)險因素，脂肪細(xì)胞來源的代謝物加速癌癥惡化的機制尚未被闡明。在腫瘤微環(huán)境所有類型的基底細(xì)胞中，癌癥相關(guān)脂肪細(xì)胞（cancer-associatedadipocytes, CAAs）被認(rèn)為與癌癥的發(fā)展關(guān)系密切。與正常脂肪細(xì)胞不同，CAAs會分泌大量促炎因子及脂肪因子，促進基質(zhì)重構(gòu)、腫瘤侵襲、上皮-間充質(zhì)樣轉(zhuǎn)化（EMT）以及腫瘤細(xì)胞增殖。然而現(xiàn)有的研究多是采用2D細(xì)胞培養(yǎng)模型，癌細(xì)胞無法通過微環(huán)境與脂肪細(xì)胞建立聯(lián)系。

鑒于此，首爾國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Jieun Seo團隊基于透氧的聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料構(gòu)建了腫瘤細(xì)胞與基底細(xì)胞的的三維細(xì)胞共培養(yǎng)系統(tǒng)，用以研究微環(huán)境中CAAs來源的脂質(zhì)是如何誘導(dǎo)臨近的腫瘤細(xì)胞發(fā)生惡化的。

研究者在透氧PDMS芯片中制備約1700個微孔。為了研究脂肪細(xì)胞對鄰近癌細(xì)胞的影響，研究者將癌細(xì)胞與人脂肪干細(xì)胞(ADSCs)以10:1或5:1的比例混合，接種至芯片微孔中。細(xì)胞接種后癌細(xì)胞和ADSCs立即聚集成球，期間監(jiān)測聚集體。結(jié)果表明，PDMS芯片可用于3D異型細(xì)胞培養(yǎng)。

圖1|PDMS芯片培養(yǎng)模擬腫瘤細(xì)胞-脂肪細(xì)胞相互作用

為了研究在PDMS芯片上共培養(yǎng)過程中癌細(xì)胞的遷移是否與ADSCs的分泌因子有關(guān)，當(dāng)球狀體在正常的3D培養(yǎng)基中生長至第3天時，研究者用脂肪細(xì)胞條件培養(yǎng)基(CM)進行處理。與僅含有癌細(xì)胞的球狀體（Control）相比，癌細(xì)胞與ADSC以10:1的比例混合后的球狀體CM（10:1）圓度降低，遷移細(xì)胞的數(shù)量和遷移面積顯著升高。隨后，研究者使用由活性炭處理的CM或者不含脂質(zhì)的條件培養(yǎng)基?(LM)進行補充試驗，證明了球狀體的球體圓度損失與脂質(zhì)密切相關(guān)，并且是癌癥相關(guān)脂肪細(xì)胞（CAAs）分泌的脂質(zhì)促進癌細(xì)胞發(fā)生遷移。

圖2|CAAs衍生的脂質(zhì)介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生3D遷移

低氧誘導(dǎo)因子（HIF-1α）)是腫瘤進展和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，與對照組相比，CM（10:1）處理的癌細(xì)胞表現(xiàn)出更高的HIF-1α蛋白水平。由于活性炭的吸附作用，CAAs通過衍生的脂質(zhì)增強腫瘤HIF-1α從而促進癌細(xì)胞遷移的作用被抑制，在LM處理后又被逆轉(zhuǎn)。此外在通過si–HIF–1α沉默處理的癌細(xì)胞所形成的腫瘤聚集體中，CM（10:1）的促遷移作用也被抑制。

圖3|癌細(xì)胞中HIF-1α的激活與CAAs觸發(fā)的癌細(xì)胞遷移具有相關(guān)性

在2D Transwell試驗中，用來自癌細(xì)胞-ADSC共培養(yǎng)的CM處理腫瘤聚集物時，與細(xì)胞緊密連接相關(guān)的E-鈣黏蛋白和ZO-1的蛋白表達水平降低，與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)ZEB1、SLUG和β-連環(huán)蛋白的蛋白水平顯著增加；而在si-HIF-1α處理后的腫瘤球體中這些效應(yīng)被逆轉(zhuǎn)。研究者生成了穩(wěn)定表達熒光素酶的人結(jié)直腸癌細(xì)胞（WiDr），通過監(jiān)測WiDr-Luc細(xì)胞發(fā)出的生物熒光來追蹤結(jié)腸腫瘤的轉(zhuǎn)移生長，證明了CAAs衍生脂質(zhì)通過誘導(dǎo)產(chǎn)生HIF-1α參與了體內(nèi)腫瘤的轉(zhuǎn)移。

圖4|CAAs在體內(nèi)通過衍生脂質(zhì)/HIF-1α軸觸發(fā)腫瘤轉(zhuǎn)移

在本研究中，JieunSeo團隊利用了異種細(xì)胞之間的自發(fā)且快速的聚集性質(zhì)，構(gòu)建了體外研究腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境中脂肪細(xì)胞相互作用的TME模型，并揭示了脂質(zhì)/HIF-1α軸可能是改善肥胖相關(guān)癌癥進展的潛在靶點。此外，這一新的腫瘤芯片也可用于更深入的病理機制探索和藥效的篩選。

參考文獻:?Seo J, Kim K S, Park J W, et al. Metastasis-on-a-chip reveals adipocyte-derived lipids trigger cancer cell migration via HIF-1α activation in cancer cells[J]. Biomaterials, 2021, 269: 120622.

10.1016/j.biomaterials.2020.120622
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