宿主来源的蛋白质组学分析人类和犬乳腺肿瘤异种移植模型富集脂质代谢相关通路

《Cell Biochemistry and Biophysics》：Host-Derived Proteomic Profiling of Human and Canine Mammary Tumor Xenografts Identifies Enrichment of Lipid Metabolism-Related Pathways

　　

乳腺癌是全球女性中最常诊断的癌症，也是犬类中最常见的恶性肿瘤之一。两个物种之间显著的临床、激素和分子相似性表明，犬类可能作为有价值的比较肿瘤学模型。脂质稳态和代谢的改变与癌症特征的获得密切相关。在本研究中，研究人员对人类三阴性乳腺癌细胞系（MDA-MB-231）和犬乳腺肿瘤细胞系（CMT-U27）产生的细胞系来源异种移植（CDX）模型中的小鼠宿主来源蛋白进行了比较蛋白质组学分析。使用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）和物种解析蛋白质组学，研究人员表征了跨模型中宿主蛋白质组的肿瘤相关变化。总共，在种间CDX比较中，与健康乳腺样本相比，肿瘤组织中差异鉴定出577个蛋白，其中51.99%显示出相对丰度增加，46.79%显示出相对丰度降低，而一小部分在两个模型之间显示出相反的调控模式。功能富集分析表明，多个生物学过程发生改变，包括与脂质代谢相关的通路。此外，参与脂质通路的蛋白在两个模型之间显示出中等水平的一致性（r?>?0.6，Mann-Whitney U检验 p?**论文解读：宿主来源蛋白质组学揭示脂质代谢通路在种间乳腺肿瘤异种移植模型中的富集**

**研究背景与问题**
乳腺癌（Breast Cancer, BC）是人类女性最常见的恶性肿瘤，2025年预计新发病例245万例，其中三阴性乳腺癌（Triple-Negative Breast Cancer, TNBC）占10%-20%，因缺乏雌激素受体、孕激素受体和HER2表达，预后极差。在兽医学中，犬乳腺肿瘤（Canine Mammary Tumor, CMT）在未绝育母犬中发生率高达每10万只260例，约50%为恶性，TNBC比例在14%-76%之间。人类与犬类乳腺癌在临床特征（激素影响、年龄、肥胖风险因素）、分子特征（BRCA1、BRCA2、TP53、ATM突变）及基因组高度同源性方面存在显著相似性，提示犬类可作为有价值的比较肿瘤学模型。然而，肿瘤与宿主之间的相互作用在分子水平上的跨物种保守性仍未充分表征。细胞系来源异种移植（Cell Line-Derived Xenograft, CDX）模型虽广泛用于癌症研究，但TNBC模型植入效率不理想，犬源CDX模型作为新兴方法可能更好反映疾病异质性和转化相关性。脂质代谢重编程是癌症特征的重要组成部分，涉及膜合成、细胞信号传导和生物活性分子产生，但宿主微环境中脂质相关蛋白的变化在种间比较中尚缺乏系统研究。因此，研究人员开展本研究，旨在通过比较人类TNBC和犬CMT的CDX模型，探索宿主蛋白质组中保守的肿瘤微环境重塑特征，特别是脂质代谢通路的富集情况。

**研究内容与结论**
研究人员建立了平行CDX模型：使用人类TNBC细胞系MDA-MB-231和犬乳腺肿瘤细胞系CMT-U27，分别接种于免疫缺陷小鼠（雌性Athymic Nude-Foxn1^nu），并以健康小鼠乳腺组织为对照。通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）结合物种解析蛋白质组学（species-resolved proteomics），仅分析宿主来源（小鼠）蛋白，排除肿瘤细胞自身蛋白干扰。共鉴定出577个在两个CDX模型中均差异表达（调整后p<0.05，变化倍数≥30%）的宿主蛋白，其中51.99%丰度增加、46.79%减少，仅7个蛋白调控方向相反，表明宿主反应具有高度方向一致性。功能富集分析（KEGG数据库）显示，脂质代谢通路是最显著富集的通路之一，且在两个模型间表现出中等至高度相关性（Pearson r=0.84，Mann-Whitney U检验p=0.049）。具体而言，脂肪酸β-氧化（线粒体和过氧化物酶体）相关蛋白（如Acad、Hadh、Ehhadh、Cpt2家族）和从头脂肪合成蛋白（Fasn、Scd1、Acsl1、Agpat2）在肿瘤组织中普遍下调，反映宿主脂肪组织向肿瘤相关脂肪细胞（Cancer-Associated Adipocytes, CAA）的转化；而参与花生四烯酸代谢的蛋白（如Pla2g7、Pla2g4a、Tbxas1、Ptgr1）上调，促进血管生成和炎症信号。研究结论表明，宿主来源的脂质代谢通路重塑是种间乳腺肿瘤CDX模型中保守的微环境特征，支持犬类模型在转化乳腺癌研究中的价值。该论文发表在《Cell Biochemistry and Biophysics》。

**主要关键技术方法**
1. **细胞系来源异种移植（CDX）模型构建**：人类TNBC细胞系MDA-MB-231（ATCC CRL-12532）和犬CMT细胞系CMT-U27（由Ana Judith Perisé博士提供）分别接种于6周龄雌性无胸腺裸鼠（Athymic Nude-Foxn1^nu，Charles River Laboratories），每组10只，另设5只健康小鼠乳腺组织对照。
2. **液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析**：使用Evosep One系统偶联Orbitrap Exploris 480质谱仪，数据依赖采集（DIA）模式，全扫描m/z 350-1000，分辨率120,000，随后25个MS/MS窗口。
3. **物种解析蛋白质组学**：将人类CDX样本与SwissProt人类+小鼠数据库比对，犬CDX样本与SwissProt/Trembl犬+小鼠数据库比对，仅使用蛋白型肽段（proteotypic peptides）进行定量，确保宿主蛋白与肿瘤蛋白区分。
4. **差异表达与功能分析**：使用RStudio（Bioconductor包）进行t检验（Benjamini-Hochberg校正，FDR<0.05），变化倍数≥30%；KEGG通路富集分析；Pearson相关和Mann-Whitney U检验评估模型间相似性。

**研究结果**

**1. 细胞来源异种移植模型：肿瘤生长**
MDA-MB-231和CMT-U27 CDX模型均成功形成肿瘤，但犬源模型植入更快：CMT-U27细胞仅需2×10⁶个细胞，约4周达到合适大小；而MDA-MB-231需5×10⁶个细胞加Matrigel，约5周达到相同体积。最终平均肿瘤体积分别为478.36±400.48 mm³和445.13±391.98 mm³。

**2. 种间CDX肿瘤的蛋白质组学相似性**
从人类和犬CDX肿瘤中分别鉴定出3124和2804个小鼠宿主蛋白。差异表达分析（调整后p<0.05）显示，人类模型1270个蛋白、犬模型1057个蛋白显著改变，其中55.43%和58.56%上调。交叉比较发现577个共有差异蛋白：300个共同上调、270个共同下调，仅7个方向相反。三维主成分分析（PCA）显示健康组织与肿瘤组织沿PC1分离，人类与犬肿瘤沿PC2分离，提示存在保守和物种特异性宿主反应。热图聚类进一步证实肿瘤样品与健康组织形成两个相反模式。

**3. 功能富集分析**
KEGG通路分析显示，共有差异蛋白富集于转运与分解代谢、信号转导、免疫系统、氨基酸代谢和脂质代谢等通路。其中脂质代谢通路在模型间具有最高相关性（r=0.84），且一致性显著高于全局蛋白背景（Mann-Whitney U检验p=0.049）。具体脂质代谢子通路涉及脂肪酸代谢（Fasn、Acsl1、Echs1、Hadh、Ehhadh下调）、甘油磷脂代谢（Agpat2下调）和花生四烯酸代谢（Ephx2下调，Pla2g7、Pla2g4a上调）。研究人员指出，Fasn等脂肪合成酶的下调可能反映宿主脂肪组织向CAA的转化，而非肿瘤细胞自身脂质合成抑制；Ephx2下调导致环氧二十碳三烯酸（EETs）积累，促进血管生成和肿瘤进展。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究通过比较人类和犬乳腺肿瘤CDX模型，首次系统描述了宿主来源蛋白质组中肿瘤微环境重塑的保守特征。脂质代谢通路在两个模型间表现出高度一致性和相关性，提示该通路可能作为跨物种肿瘤微环境的关键生物学标志。研究局限性包括：免疫缺陷小鼠不能完全模拟适应性免疫反应；仅使用单个细胞系，限制泛化性；健康乳腺组织与肿瘤组织间基线成分差异可能影响结果。尽管如此，研究人员认为这些发现支持比较肿瘤学方法在理解肿瘤-宿主相互作用中的价值，并强调犬模型在转化研究中的相关性。结论部分翻译如下：
**结论**：本研究表征了人源和犬源乳腺肿瘤异种移植诱导的宿主来源蛋白质组学反应。比较分析表明，脂质代谢相关通路可能是两个模型中鼠肿瘤微环境中最一致的生物学特征之一。这些发现支持比较肿瘤学方法的价值，并强化了犬模型在转化乳腺癌研究中的相关性。总体而言，本研究提供了一个描述性、假设生成性的蛋白质组学框架，需要未来通过正交实验方法（如转录组或蛋白水平检测）进行进一步验证。

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