癌症相关脂肪细胞的促肿瘤功能依赖于线粒体伴侣肿瘤坏死因子受体相关蛋白1（TRAP1）

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：The pro-tumorigenic functions of cancer-associated adipocytes are dependent on the mitochondrial chaperone tumor necrosis factor receptor-associated protein 1

　　

脂肪细胞是乳腺癌肿瘤微环境（TME）中关键的基质成分，在癌症进展和化疗耐药中发挥重要作用。在靠近肿瘤细胞时，它们经历表型重编程成为癌症相关脂肪细胞（CAAs），其特征为多房脂滴、线粒体含量增加和解偶联蛋白1（UCP1）表达升高。尽管这些特征表面上类似于米色脂肪细胞，但它们并不重现经典的生热程序，反映了TME驱动的独特代谢适应。在此，研究人员确定肿瘤坏死因子受体相关蛋白1（TRAP1），一种HSP90的线粒体旁系同源物，是脂肪细胞向CAAs转变的中枢调节因子。TRAP1在CAAs中高度上调，并且是驱动肿瘤相关脂肪细胞分泌程序（包括脂肪因子补体因子D（CFD））所必需的。TRAP1的遗传和药理学抑制使线粒体电子传递链（ETC）不稳定，减少细胞呼吸，并激活能量传感器AMPK。这随后抑制了mTOR和PPARγ信号传导，有效消除了脂肪细胞重编程并减少了促肿瘤脂肪因子的分泌。关键的是，这种CAA分泌的CFD通过C3aR-AKT/ERK信号促进癌细胞存活和化疗耐药，阻断这种TRAP1介导的串扰显著增强了体内乳腺癌对化疗的敏感性。总之，这些发现确定TRAP1是TME内脂肪细胞转分化的主要调节因子，提供了一种限制乳腺癌肿瘤生长和克服耐药性的新策略。

**研究背景、问题与意义**
脂肪细胞是乳腺癌肿瘤微环境（TME）中关键的基质成分，在癌症进展和化疗耐药中发挥重要作用。靠近肿瘤细胞时，白色脂肪细胞经历表型重编程成为癌症相关脂肪细胞（CAAs），其特征包括多房脂滴、线粒体含量增加和解偶联蛋白1（UCP1）表达升高。这些特征表面上类似于米色脂肪细胞，但CAAs不激活经典生热程序，反映了一种由TME驱动的独特代谢适应。然而，这种“伪米色”状态的精确调控机制尚不清楚。肿瘤坏死因子受体相关蛋白1（TRAP1），即HSP90家族的线粒体伴侣，在多种癌细胞中上调，调节线粒体信号和代谢。但TRAP1在TME基质细胞（尤其是脂肪细胞）中的作用未知。鉴于CAAs中显著的代谢重编程，研究人员推测TRAP1可能参与该过程。本研究旨在阐明TRAP1在CAAs转分化中的作用及其对乳腺癌进展和化疗耐药的影响。论文发表在《Signal Transduction and Targeted Therapy》。

**研究内容与结论**
研究人员通过遗传（Trap1全身敲除和脂肪细胞特异性敲除小鼠）和药理学（gamitrinib和SB-U015）手段，结合体内外模型（包括EO771同种异体移植瘤、MMTV-PyMT自发乳腺癌模型、人类乳腺癌患者样本和膜成熟脂肪细胞聚集培养（MAAC）共培养系统），发现TRAP1在CAAs中高度上调，是驱动脂肪细胞向CAAs转分化的关键调节因子。TRAP1缺失或抑制导致线粒体电子传递链（ETC）不稳定，降低细胞呼吸，激活AMPK，进而抑制mTOR和PPARγ信号，阻断脂肪细胞重编程，减少促肿瘤脂肪因子（如补体因子D（CFD））的分泌。CAA分泌的CFD通过C3aR-AKT/ERK信号促进癌细胞存活和化疗耐药。TRAP1抑制显著减弱肿瘤生长并增强化疗敏感性。结论：TRAP1是TME内脂肪细胞转分化的主调节因子，靶向TRAP1可限制肿瘤生长并克服耐药。

**主要关键技术方法**
研究人员使用多种小鼠模型：Trap1全身敲除（Trap1^-/-）和脂肪细胞特异性敲除（Trap1^flox/floxAdipoq-Cre⁺）小鼠、MMTV-PyMT转基因小鼠、EO771同种异体移植瘤模型（原位和皮下）。人类乳腺癌样本来自韩国国家癌症中心（31例）。体外采用膜成熟脂肪细胞聚集培养（MAAC）系统共培养原代成熟脂肪细胞与乳腺癌细胞（EO771或MDA-MB-231）。通过蛋白质组学（Proteome Profiler Mouse XL Cytokine Array）分析分泌因子，利用Seahorse分析线粒体呼吸，通过免疫荧光、免疫组化、Western blot和RT–qPCR检测蛋白和mRNA表达。透射电镜（TEM）观察线粒体超微结构。ATP测定采用荧光素酶法。

**研究结果**
- **Inhibition of stromal TRAP1 suppresses BC progression**：通过TRAP1抑制剂gamitrinib处理原位和皮下移植瘤模型，以及在Trap1全身敲除小鼠中，发现TRAP1抑制显著减少肿瘤生长，且原位瘤中抑制更明显，表明基质TRAP1的促肿瘤作用。
- **Upregulated TRAP1 in CAAs promotes BC progression**：免疫荧光和Western blot显示TRAP1在CAAs中高表达（小鼠和人类样本）。脂肪细胞特异性Trap1敲除（Trap1 AKO）小鼠中，EO771原位瘤生长减慢51%，接近全身敲除的56%，证明脂肪细胞TRAP1驱动肿瘤生长。
- **TRAP1 is required for CAA transdifferentiation in the BC TME**：在Trap1 AKO小鼠CAAT中，UCP1表达显著降低。MAAC共培养中，Trap1 AKO脂肪细胞不能获得米色样特征（如UCP1上调），表明TRAP1是CAA转分化所必需。
- **TRAP1 is required for thermogenic beiging and CAA transdifferentiation of white adipose tissue**：冷暴露下，Trap1 AKO小鼠能量消耗降低，脂滴形态转变和UCP1表达减弱，表明TRAP1也参与生理性米色化。但在热中性条件下，CAA转分化和肿瘤生长仍依赖TRAP1，独立于环境温度。
- **TRAP1 is essential for increased mitochondrial abundance and activity in CAAs**：Trap1 AKO CAAs中线粒体膜电位、含量、mtDNA和ETC亚基（C-I、C-II、C-IV）蛋白水平降低，呼吸功能受损。TEM显示CAAT中线粒体数量和嵴密度增加，但Trap1 AKO中逆转。TRAP1与ETC复合物相互作用，缺失后导致ETC蛋白不稳定。
- **TRAP1 is essential for adipokine secretion by CAAs**：细胞因子阵列显示，Trap1 AKO CAAT中66种促肿瘤脂肪因子（包括PAI1、MMP9、VEGF、CCL5、IL6等）表达下调。其中CFD变化最显著，且在mRNA和蛋白水平均受TRAP1调控。
- **CFD expression is robustly regulated by TRAP1**：体外MAAC和体内CAAT中，TRAP1缺失显著降低CFD表达。人类乳腺癌样本中，CFD在CAAT中高表达，与TRAP1正相关。
- **UCP1 functions as a mitochondrial protector independent of thermogenesis in CAAs**：CAA转分化中ATP升高，但UCP1诱导不激活AMPK（与冷刺激不同）。UCP1抑制增加ROS并降低ATP，提示UCP1在CAAs中起线粒体保护作用，而非生热。
- **TRAP1 regulates adipocyte transdifferentiation via the AMPK-mTOR-PPARγ pathway**：TRAP1缺失导致ATP降低，激活AMPK，抑制mTORC1和PPARγ通路，进而下调UCP1和CFD。AMPK抑制可恢复PPARγ表达，确认该通路。体内CAAT中验证了p-AMPK升高和PPARγ降低。
- **CAA-derived CFD promotes cancer cell survival via C3aR signaling in the TME**：Trap1 AKO小鼠血浆中CFD、Bb和C3a水平降低，C4d不变，表明选择性激活替代补体途径。CFD通过C3aR激活AKT/ERK信号，促进癌细胞增殖。人类样本中CFD与C3aR正相关，高C3aR与不良预后相关。
- **TRAP1 inhibition reduces chemoresistance in BC cells by suppressing adipokine expression in CAAs**：Trap1 AKO小鼠中顺铂治疗诱导肿瘤消退，TUNEL阳性增加。CFD过表达恢复化疗耐药，而催化失活突变无效。CFD通过上调BCL-2/BAX比抑制凋亡。
- **Pharmacological targeting of TRAP1 sensitizes BC cells to chemotherapy in vivo**：口服SB-U015联合顺铂或紫杉醇显著增强抗肿瘤效果，减少肿瘤生长，增加凋亡，且降低血浆CFD水平，无明显毒性。

**讨论与结论**
讨论指出，TRAP1是CAAs转分化的关键线粒体调节因子，通过维持ETC稳定和ATP产生，使脂肪细胞处于非生热但代谢活跃的“伪米色”状态，从而分泌促肿瘤脂肪因子。CFD作为关键效应分子，通过替代补体途径激活C3aR-AKT/ERK促存活信号。TRAP1抑制在TME中同时靶向基质和恶性细胞，具有治疗潜力。结论翻译：总之，研究人员的发现揭示TRAP1是线粒体能量学的中心调节因子，在TME内协调CAA重塑。通过维持代谢活跃但非生热的脂肪细胞状态，TRAP1使脂肪细胞能够提供促进肿瘤存活和化疗耐药的旁分泌信号。进一步研究TRAP1在代谢活跃肿瘤（包括线粒体活性升高的癌细胞和基质细胞）中的抑制作用，可能为开发克服癌细胞化疗耐药的新型有效治疗策略铺平道路。