《International Journal of Molecular Sciences》：Chronic IL-1 Exposure Attenuates IL-1 Response and Alters Gene Expression Regulation While Maintaining Therapeutic Sensitivity in BCa Cell Lines
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慢性炎症是肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)的标志，并且已知与疾病进展和治疗反应有关。白细胞介素-1(interleukin-1, IL-1)信号传导在乳腺癌生物学中已被广泛研究，然而，持续的IL-1暴露对激素受体阳性(hor
慢性炎症是肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)的标志，并且已知与疾病进展和治疗反应有关。白细胞介素-1(interleukin-1, IL-1)信号传导在乳腺癌生物学中已被广泛研究，然而，持续的IL-1暴露对激素受体阳性(hormone-receptor-positive, HR+)乳腺癌细胞的长期影响仍知之甚少。在本研究中，研究人员调查了慢性IL-1暴露如何影响雌激素受体α(estrogen receptor α, ERα)+/孕激素受体(progesterone receptor, PR)+乳腺癌模型(MCF7和T47D)的炎症反应、激素依赖性和治疗敏感性。慢性IL-1暴露减弱了对后续急性IL-1治疗的反应，但慢性暴露的细胞对血清剥夺仍然敏感，保留了对雌激素或孕激素受体信号传导的依赖性，并对内分泌和化疗处理表现出强烈的反应。基础基因表达和组蛋白修饰的广泛变化表明，慢性IL-1暴露改变了转录重编程和染色质重塑(chromatin remodeling)。总之，这些发现表明慢性IL-1信号传导在HR+ MCF7和T47D乳腺癌细胞中驱动选择性炎症反应。这项工作强调了激素受体靶向策略在慢性炎症肿瘤中持续的治疗相关性，并深入揭示了持续的炎症应激如何塑造肿瘤行为和基因调控，这被预测会促进肿瘤进展。
研究背景与目的
乳腺癌(breast cancer, BCa)是全球女性癌症相关死亡的主要原因之一。约三分之二的患者肿瘤为激素受体阳性，即雌激素受体α(ERα)和孕激素受体(PR)阳性，这类患者通常采用内分泌疗法进行治疗。然而，许多肿瘤最终会复发或进展，因此迫切需要了解肿瘤微环境(TME)中的外部信号如何塑造癌细胞的适应性和治疗反应。TME富含调节肿瘤发生的炎性细胞因子，其中白细胞介素-1(IL-1)是一个被广泛研究的促炎细胞因子，其活性形式IL-1α和IL-1β均通过结合IL-1受体1型(IL-1R1)并招募辅助蛋白IL-1RAcP来激活NF-κB通路。虽然急性IL-1暴露会抑制HR+乳腺癌细胞的增殖，但长期暴露于炎性细胞因子会导致支持肿瘤生长和进展的选择性压力。鉴于既往在前列腺癌细胞中发现慢性IL-1暴露会导致雄激素受体(AR)独立性及抗雄激素治疗耐药，本研究旨在探讨慢性IL-1暴露是否也会在HR+乳腺癌细胞中诱导类似的IL-1不敏感及内分泌抵抗。为此，研究人员建立了MCF7和T47D人乳腺癌细胞系的慢性IL-1亚系模型，以测试其IL-1敏感性、激素受体依赖性、化疗敏感性，并识别基因表达和表观遗传标记的变化。
主要关键技术方法
研究人员采用了多种体外细胞生物学与分子生物学技术。首先，通过将MCF7和T47D细胞长期暴露于低剂量IL-1α或IL-1β中，建立稳定的慢性IL-1亚系。随后，利用蛋白质免疫印迹(Western blot)和免疫细胞荧光技术分析蛋白积累与细胞增殖；通过RNA测序(RNA-seq)鉴定基础基因表达的差异化变化，并结合过表达分析(ORA)和基因集富集分析(GSEA)进行通路注释；利用逆转录定量聚合酶链式反应(RT-qPCR)验证特定基因的表达水平；通过染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)评估组蛋白修饰(H3K4me3, H3K4me1, H3K27ac, H3K27me3)的差异结合情况。此外，研究还通过细胞计数、血清饥饿、特异性小干扰RNA(siRNA)敲低、氟维司群(Fulvestrant)处理以及多西他赛(Docetaxel)处理等手段，全面评估了细胞对激素剥夺和药物治疗的反应性。
研究结果
2.1. 慢性IL-1筛选出进化出急性IL-1反应减弱的BCa细胞
研究人员发现，与亲本对照组相比，MCF7和T47D慢性IL-1亚系在对急性IL-1处理的反应中，经典IL-1诱导基因脂质运载蛋白2(LCN2)的表达显著减弱。这种减弱机制并非由于IL-1受体复合物(IL-1R1或IL-1RAcP)的下调。时间进程实验表明，在长期暴露于IL-1长达8周时，细胞开始进化出对急性IL-1治疗的减弱反应。这表明减弱对急性IL-1的敏感性是对慢性IL-1暴露的一种保守且可重复的适应性反应。
2.2. 急性IL-1对激素受体的抑制及细胞增殖的阻滞在BCa慢性IL-1亚系中得以保留
研究发现，尽管慢性暴露后细胞恢复了ERα和PR的积累，但它们仍能维持对急性IL-1诱导的ERα和PR蛋白积累抑制的敏感性。在细胞增殖方面，急性IL-1处理降低了MCF7亲本细胞的增殖率，且不具有显著的细胞毒性；MCF7慢性亚系也维持了对急性IL-1诱导的细胞静止的敏感性。而对于T47D细胞，急性IL-1对其增殖率的降低作用较小或几乎没有影响。
2.3. BCa慢性IL-1亚系维持对ERα和PR激素受体的依赖性
为了测试慢性IL-1是否会诱导激素独立性，研究人员对细胞和亚系进行了阻断增殖的处理。结果显示，使用ERα或PR特异性siRNA沉默、血清饥饿或抗雌激素药物氟维司群处理，均能显著降低亲本和亚系细胞中ERα或PR的核积累，并伴随细胞增殖的减少。这些数据表明，与前列腺癌细胞不同，MCF7和T47D慢性IL-1亚系在生长过程中依然维持着对激素受体信号的依赖性。
2.4. BCa慢性IL-1亚系对化疗保持敏感性
针对化疗药物多西他赛，研究发现无论是亲本细胞还是慢性IL-1亚系，在经过10 nM多西他赛处理1、3、5和7天后，细胞活力和增殖均受到抑制，且凋亡标志物PARP的切割增加。这说明慢性IL-1暴露并未赋予MCF7和T47D细胞多西他赛耐药性，其对标准化疗药物的敏感性依然保留。
2.5. 慢性IL-1暴露引起MCF7和T47D BCa细胞基础基因表达的改变
RNA-seq分析显示，急性和慢性IL-1暴露导致了截然不同的基因表达模式。虽然MCF7和T47D细胞在基础状态下有各自独特的表达谱，但ORA和GSEA预测两者在生物学过程上具有一致性：急性IL-1主要调节炎症和免疫反应，而慢性IL-1暴露则主要改变细胞周期调控。RT-qPCR验证了代表性基因的一致性表达变化，证明慢性IL-1能够驱动可重现的基因表达改变。
2.6. 慢性IL-1暴露改变MCF7 BCa细胞中的组蛋白修饰
研究人员进一步探究了表观遗传机制，发现慢性IL-1暴露可预测地、保守地、稳定地驱动基因重编程。ChIP-seq分析表明，慢性IL-1α和IL-1β暴露改变了全基因组范围内的组蛋白修饰，涉及活跃的启动子(H3K4me3)、活跃增强子(H3K4me1)、活跃启动子与增强子(H3K27ac)以及基因沉默(H3K27me3)相关的标记。将H3K4me3结合与RNA-seq重叠分析发现，部分基础高表达基因(如CPT1C和EHD2)在其启动子区域富集了H3K4me3结合，这证实了染色质重塑是慢性IL-1调节基因表达的机制之一。
讨论与结论总结
本研究探讨了慢性IL-1暴露对HR+乳腺癌细胞行为的影响。研究结果表明，虽然急性IL-1信号传导会引起生长抑制，但慢性IL-1暴露筛选出具有减弱炎症反应但仍依赖激素受体并保持治疗敏感性的细胞群。这一发现反驳了慢性炎症必然导致治疗耐药的单一假设。
与前列腺癌细胞在慢性IL-1暴露后获得AR独立性和治疗耐药不同，MCF7和T47D细胞并未进化出ERα或PR非依赖性生长。这可能与不同细胞系的遗传背景差异有关：IL-1对前列腺癌细胞具有显著的细胞毒性，迫使幸存细胞进化出更强的生存策略；而对乳腺癌细胞而言，IL-1主要表现为细胞静止作用，细胞毒性较低，从而无需进化出支持内分泌或化疗耐药的生存策略。
在转录水平上，研究揭示了急性和慢性IL-1反应性之间的巨大差异，并证明了持续转录变化的背后存在着复杂的表观遗传机制。尽管并非所有基因表达变化都与组蛋白修饰完全对应，但染色质重塑无疑在慢性IL-1诱导的转录重编程中发挥了关键作用。此外，研究还观察到了瞬时调控现象，例如在特定条件下PR水平的波动，这突出了IL-1信号传导的动态性和复杂性。
综上所述，该研究细化了我们对ERα+/PR+乳腺癌细胞如何在慢性炎症微环境中适应的理解。它证明长期的炎症应激会导致IL-1反应性的稳定但不完全的衰减，同时保留了激素受体的依赖性和治疗敏感性。这些发现支持了在炎症性乳腺肿瘤中继续采用激素受体靶向和化疗策略的临床相关性，并为未来探索急性与慢性炎症信号在HR+乳腺癌中的作用动态奠定了基础。
