新型3D体外肥胖相关乳腺癌模型的构建及其在药物筛选中的应用研究

为解决肥胖相关乳腺癌（BC）治疗抵抗机制不清的问题，Rhianna R.R. Blyth等研究人员开发了一种创新的3D体外五细胞共培养（penta-culture）模型，模拟肥胖肿瘤微环境（TME）。该模型整合了脂肪细胞球体、乳腺肿瘤细胞、肌上皮细胞（MECs）、巨噬细胞和成纤维细胞，成功再现了肥胖患者特征性炎症性脂肪-肿瘤边界。研究发现，肥胖模型对紫杉醇（paclitaxel）耐药但对二甲双胍（metformin）敏感，为肥胖相关BC的机制研究和个性化治疗提供了重要工具。

　　

研究背景与意义
肥胖已成为乳腺癌（Breast Cancer, BC）患者预后不良的独立危险因素，但其导致治疗抵抗的机制尚不明确。传统二维（2D）培养和动物模型难以模拟人类肥胖复杂的肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME），尤其是脂肪细胞与肿瘤细胞间的动态互作。肥胖患者的乳腺TME以慢性炎症、脂肪细胞肥大和免疫细胞浸润为特征，这些特性可能通过改变代谢通路或细胞间信号传导影响药物响应。因此，开发能模拟肥胖相关BC的生理相关性模型迫在眉睫。

英国南安普顿大学的研究团队在《npj Breast Cancer》发表了一项突破性研究，通过构建首个包含脂肪细胞球体的3D五细胞共培养（penta-culture）模型，揭示了肥胖微环境如何驱动紫杉醇耐药并增强二甲双胍敏感性。这一模型不仅填补了技术空白，还为个性化治疗策略的开发提供了新思路。

关键技术方法
研究采用以下核心技术：1）从人脂肪干细胞（ADSCs）分化成熟脂肪细胞（MA）并通过棕榈酸酯诱导肥大表型（HA）；2）优化I型胶原基质浓度（1.0 mg/mL）支持ER⁺细胞系（MCF-7/T47D）3D生长；3）整合五种细胞类型（肿瘤细胞、MECs、巨噬细胞、成纤维细胞、脂肪细胞）模拟TME；4）通过Seahorse代谢分析仪评估糖酵解（ECAR）和氧化磷酸化（OCR）；5）基于患者组织样本（BeGIN队列）确定细胞比例。

研究结果

1. 开发生理相关的ER⁺乳腺癌3D器官型模型
通过筛选胶原浓度发现，MCF-7在1.0 mg/mL基质中形成典型"团块状（mass）"结构（图1a）。患者样本分析确定ER⁺肿瘤中肿瘤细胞：成纤维细胞：巨噬细胞比例为1:1:0.75（图1c）。四细胞共培养（quadra-culture）中，成纤维细胞促进肿瘤细胞浸润脂肪球体（图1d黄色箭头），模拟了体内侵袭行为。

2. 棕榈酸酯诱导脂肪细胞肥大模拟肥胖表型
3D培养的肥大脂肪细胞（HA）脂滴面积增加2.5倍（图2b），脂解活性增强且异丙肾上腺素无法进一步诱导（图2e），符合肥胖代谢特征。转录分析显示HA中PPARγ和FABP4下调而PLIN-1上调（图2d），证实其代谢失调。

3. 五细胞共培养再现肥胖TME关键特征
肥胖模型（含HA）中，肿瘤细胞和巨噬细胞浸润脂肪球体形成冠样结构（CLS）（图4c），数量较非肥胖模型增加3倍（图4d）。值得注意的是，肥胖条件下肌上皮细胞（p63⁺）显著减少（图4e），与临床观察一致。

4. 药物测试揭示肥胖特异性治疗响应
紫杉醇在单培养中使MCF-7活力降低50%，但在肥胖五细胞模型中完全耐药（图6c）。相反，二甲双胍在肥胖模型中显示出更强杀伤效果（活力降至30%），且凋亡细胞集中于脂肪球周围（图S6a）。

结论与展望
该研究成功构建了首个可模拟肥胖相关BC复杂TME的3D器官型模型，其创新性体现在：1）通过脂肪细胞球体和多细胞互作再现CLS等病理特征；2）揭示肥胖微环境通过改变细胞空间分布（如成纤维细胞分散）和代谢状态驱动紫杉醇耐药；3）验证二甲双胍作为肥胖BC潜在治疗选择的可行性。

局限性在于使用细胞系可能无法完全反映原代细胞的异质性。未来研究可结合患者来源细胞构建个性化模型。这项工作为理解肥胖与BC治疗的复杂关系提供了全新平台，其方法论框架也可拓展至其他肥胖相关癌症的研究。

（注：所有数据均来自原文，图示引用已按需省略）