乳腺癌脑转移=病危？蛋白质多维组学研究揭示乳腺癌脑转移机制
乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，由于影像学技术的进展以及生存期的延长，乳腺癌脑转移的发病率越来越高。深入了解脑转移瘤形成过程中基因功能和分子通路变化，对指导其治疗策略，预防这种致命的癌症并发症是非常重要的。来自欧洲的研究人员，通过多组学结合的研究方法，发现鸟苷结合蛋白1是一种关键的T淋巴细胞诱导蛋白，可以促使乳腺癌细胞穿过血脑屏障,引发乳腺癌细胞脑转移。研究揭示了T细胞在ER-乳腺癌脑转移形成中的作用，同时也为预防乳腺癌脑转移的发展提供了潜在的干预靶点。相关论文发表在著名的学术期刊Acta Neuropathologica上。
本文研究主要包含两部分：（1）研究者通过比较原发性乳腺癌发展转移到大脑、和转移到其他器官患者的原发肿瘤样本，确定参与脑转移形成的基因和通路，发现T淋巴细胞活化调控基因在与脑转移瘤中显著富集。（2）使用蛋白质组学比较T细胞共培养前后乳腺癌细胞的差异蛋白，结合功能验证，发现T淋巴细胞通过诱导GBP1表达促进乳腺癌的脑转移。
1．转脑转移相关的样本中，T淋巴细胞显著富集
作者比较原发性乳腺癌发展转移到大脑、和转移到其他器官患者的原发肿瘤样本的基因表达谱，发现298个差异调节基因，其中176个与脑转移相关的肿瘤组中上调，而122个基因在与其他器官转移相关的组中被调控。功能分析表明在与脑转移相关的样本中“T细胞活化调控”最为突出（如图1）。通路分析表明“T淋巴细胞反应”的显著参与。
筛选11例肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）的肿瘤，发现TILs分布在主肿瘤间基质的乳腺癌患者已向其他器官转移。相反，TILs侵入肿瘤中的病人已经发展为脑转移。这项观察表明T淋巴细胞具有提高乳腺癌患者发生脑转移的能力。
图1 脑转移相关的样本中“T细胞活化调控”最为突出
2．T淋巴细胞提高乳腺癌细胞跨越血脑屏障模型的能力
为了在功能上验证T细胞刺激脑转移，作者用使用T淋巴细胞 (不包括T细胞) 的条件培养基，培养三种能够跨越血脑屏障的乳腺癌细胞MDA-MB-231、MDA-MB-231-BM和SUM159PT，发现乳腺癌细胞通过脑屏障的能力增强，尽管不显著（> 80–250细胞）（图2）。其次，通过共同培养SUM159PT 乳腺癌细胞与抗原特异性T细胞，发现乳腺癌细胞与T淋巴细胞之间相互作用增加了乳腺癌细胞跨越血脑屏障的能力(> 400细胞)。同时作者也验证了T淋巴细胞对正常纤维细胞没有相应的功能，T细胞分泌的干扰素IFNγ与T淋巴细胞所需的生长因子IL-2都没有改变脑屏障的通透性。
图2 乳腺癌细胞与T淋巴细胞共培养跨越血脑屏障细胞数
3．蛋白质组学分析，揭示GBP1 蛋白改变乳腺癌细胞穿越脑屏障的能力
研究者使用蛋白质组学比较T淋巴细胞共培养前后乳腺癌细胞，在鉴定2500个蛋白中发现21个差异表达蛋白，其中12个蛋白上调；其中鸟苷结合蛋白1(GBP1)在mRNA水平与蛋白水平均上调（图3a）。GBP1染色发现其只在那些发展成脑转移的患者的原发性乳腺癌样本中呈阳性，而不在向其他器官转移的病人的样本中。此外作者也通过RT-PCR检测与T淋巴细胞共培养后GBP1上调；同时也验证了20个独立的原发性乳腺癌样本的免疫组化染色，其中13个脑转移患者的ER-乳腺癌样本GBP1呈阳性；沉默GBP1的乳腺癌细胞与T细胞进行联合培养后，穿越脑屏障的能力降低（图3c）。
图3 GBP1 蛋白参与改变乳腺癌细胞穿越脑屏障的能力
4．T淋巴细胞促进乳腺癌细胞在小鼠中的脑转移
作者使用乳腺癌MMTV-NeuNT小鼠模型中的ErbB2+乳腺肿瘤建立了ErbB2-P乳腺癌细胞系。将其与活化T细胞的共培养可诱导癌细胞的Gbp1表达水平显著增加；ErbB2-P与活化T细胞的共培养后接种免疫活性同源小鼠，53.8%的接种鼠发生了脑转移，对肺部、肝脏、肾脏、肾上腺和骨骼没有任何影响，表明活化T细胞可以提高乳腺癌细胞的脑转移能力（图4c/4d）。同时作者使用显微镜检测了脑实质中癌细胞克隆，发现与T细胞共培养后的ErbB2-P细胞可以跨越脑屏障，从第一个渗出室侵入脑组织（图4j）。
作者在原发乳腺癌肿瘤样本中发现T细胞活化调控基因与脑转移相关，接下来使用蛋白质组学的研究方法，发现T淋巴细胞通过诱导GBP1表达促进乳腺癌的脑转移。通过与T细胞共培养的乳腺癌细胞注射小鼠，证明T细胞在提高乳腺癌细胞跨越脑屏障的能力和促进大脑转移方面发挥着重要作用。
研究不仅揭示T细胞在ER-乳腺癌脑转移形成中的作用，同时为预防乳腺癌脑转移的发展提供了潜在的干预靶点。
参考文献：
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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