PNAS：环境造就癌转移

　　

生物通报道：乳腺癌的转移依赖于肿瘤细胞中的遗传学改变，Johns Hopkins大学的一项新研究显示，癌转移也同样依赖于肿瘤的蛋白外环境，科学家们提出，乳腺癌细胞周围的蛋白网络可能含有关键性分子信号，触发了乳腺癌的转移，该文章发表在近期的美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

研究人员甚至发现，肿瘤外环境竟能诱使健康乳腺细胞像癌细胞那样入侵周围的组织。而健康的外环境能够使肿瘤细胞留在原地，较少侵入周围组织。

“乳腺癌最危险的就是它的转移能力，”Johns Hopkins大学医学院细胞生物学助理教授Andrew Ewald博士说。进一步了解乳腺癌转移的触发机制，将帮助人们对癌转移进行阻止和治疗，以避免癌转移造成的死亡。

人们普遍认为，癌细胞在逐渐累积遗传学改变的过程中获得了扩散的能力，也有研究显示癌细胞转移时其外环境的蛋白含量及蛋白三维构象也发生了变化。只不过，此前人们并不清楚外环境的改变是否会促使癌转移。

研究人员将肿瘤细胞从它们的环境中分离出来，将提取的人乳腺癌细胞植入两种不同的商业化3D凝胶，一种凝胶模拟健康乳腺组织周围的蛋白网络，而另一个模拟乳腺肿瘤的外环境。这些凝胶是通常用于肿瘤侵袭研究的工具，第一个凝胶系统中是包裹健康乳腺组织的蛋白，这种蛋白薄层是乳腺组织的分子边界。第二个凝胶系统中则完全是胶原I，胶原I在乳腺肿瘤附近含量很高。

如果癌细胞扩散完全由遗传学改变决定，那么两个凝胶系统中的肿瘤细胞行为就应该相似。而研究人员发现这两个系统中存在明显的差异。在肿瘤外环境系统中，有88%的肿瘤细胞进入了外环境，这种扩散也是转移的第一步。而正常外环境的系统中，只有15%的肿瘤细胞进入了外环境。这表明肿瘤外环境对癌转移的作用比人们所预想的更为直接。

研究人员推测，如果蛋白外环境能够促使癌细胞转移，那么也可能会诱使正常细胞脱离健康乳腺组织。为此了验证这一点，他们分别提取了健康小鼠和乳腺癌小鼠的乳腺细胞，并将其植入胶原I凝胶以模拟肿瘤外环境。结果显示，在该环境中健康细胞的扩散几乎和肿瘤细胞一样多。

不过他们发现，健康细胞的扩散比较短暂，癌细胞则会持续扩散。为了了解健康细胞扩散停止的原因，研究人员分析了细胞上与外环境直接接触的蛋白。在正常乳腺组织中，这些外环境蛋白形成的薄层是细胞与周围环境的边界。在提取组织进行实验时，这一边界受到破坏，使乳腺细胞直接接触到了边界外的蛋白网络。研究人员发现，健康乳腺细胞“自我矫正”的行为与蛋白边界的重建是一致的。

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

ECM microenvironment regulates collective migration and local dissemination in normal and malignant mammary epithelium

Breast cancer progression involves genetic changes and changes in the extracellular matrix (ECM). To test the importance of the ECM in tumor cell dissemination, we cultured epithelium from primary human breast carcinomas in different ECM gels. We used basement membrane gels to model the normal microenvironment and collagen I to model the stromal ECM. In basement membrane gels, malignant epithelium either was indolent or grew collectively, without protrusions. In collagen I, epithelium from the same tumor invaded with protrusions and disseminated cells. Importantly, collagen I induced a similar initial response of protrusions and dissemination in both normal and malignant mammary epithelium. However, dissemination of normal cells into collagen I was transient and ceased as laminin 111 localized to the basal surface, whereas dissemination of carcinoma cells was sustained throughout culture, and laminin 111 was not detected. Despite the large impact of ECM on migration strategy, transcriptome analysis of our 3D cultures revealed few ECM-dependent changes in RNA expression. However, we observed many differences between normal and malignant epithelium, including reduced expression of cell-adhesion genes in tumors. Therefore, we tested whether deletion of an adhesion gene could induce sustained dissemination of nontransformed cells into collagen I. We found that deletion of P-cadherin was sufficient for sustained dissemination, but exclusively into collagen I. Our data reveal that metastatic tumors preferentially disseminate in specific ECM microenvironments. Furthermore, these data suggest that breaks in the basement membrane could induce invasion and dissemination via the resulting direct contact between cancer cells and collagen I.