脂肪干细胞向乳腺癌细胞线粒体转移驱动多药耐药性的机制研究

第一作者及机构
本研究由Vitale Del Vecchio（意大利坎帕尼亚大学实验医学系）、Ayesha Rehman（同机构）等共同完成，通讯作者为Vincenzo Desiderio和Federica Papaccio。论文于2024年发表于*Journal of Experimental & Clinical Cancer Research*（IF未标注），标题为《Mitochondrial transfer from adipose stem cells to breast cancer cells drives multi-drug resistance》。

学术背景
乳腺癌（Breast Cancer, BC）是女性第二大高发癌症，其治疗耐药性（尤其是多药耐药性，Multi-Drug Resistance, MDR）是临床主要挑战。既往研究多聚焦于肿瘤细胞自身机制，而近年发现肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）中的间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）和脂肪干细胞（Adipose Stem Cells, ASCs）通过旁分泌或直接接触参与耐药性形成。其中，线粒体转移（Mitochondrial Transfer, MT）是细胞间通讯的新机制，但ASCs如何通过MT影响乳腺癌细胞（Breast Cancer Cells, BCCs）的MDR尚不明确。本研究旨在揭示ASCs通过隧道纳米管（Tunneling Nanotubes, TNTs）向BCCs转移线粒体的过程及其对ABC转运蛋白（ATP-binding cassette transporters）介导的MDR的调控作用。

研究流程与方法
1. 模型构建与验证
- 细胞模型：使用商业化乳腺癌细胞系（MCF-7, MDA-MB-231）和患者来源的原代细胞（BCAHC-1）与ASCs共培养。通过荧光标记（Mitotracker™ Green/Red标记ASCs线粒体，Celltracker™ Blue标记BCCs）和共聚焦显微镜观察MT现象。
- 类器官模型：从乳腺癌患者新鲜组织中构建患者来源类器官（Patient-Derived Organoids, PDOs），与ASCs建立2D/3D混合共培养体系，验证MT的普适性。

1. MT机制解析

   • TNTs的作用：免疫荧光染色显示TNTs由F-肌动蛋白（F-actin）和β-微管蛋白（β-tubulin）构成，富含线粒体。通过细胞插入实验（0.4 μm孔径隔膜）证实MT依赖细胞直接接触。
     
   • 抑制剂干预：采用线粒体呼吸抑制剂（CCCP、Antimycin A）、DRP1抑制剂（Mdivi-1）和肌动蛋白聚合抑制剂（Cytochalasin B, Cyt-B）阻断MT，发现Cyt-B通过破坏TNTs结构显著抑制MT（MCF-7中MT降低90.5%）。
     

2. 功能学验证

   • 线粒体强制内化（Mitoception, MCP）：从ASCs分离线粒体，通过Bradford法定量后与BCCs共孵育，Z-stack共聚焦成像证实线粒体成功内化。
     
   • 代谢重编程：Seahorse线粒体压力测试显示，ASCs来源线粒体（ADM）显著提升BCCs的氧消耗率（OCR）和ATP产量（MDA-MB-231中ATP增加90 pmol/min），促进氧化磷酸化（Oxidative Phosphorylation, OXPHOS）代谢。
     
   • 耐药性分析：多柔比星（Doxorubicin, Dox）滞留实验显示，ADM携带的BCCs通过ABC转运蛋白（P-gp、ABCG2、ABCC1）增强药物外排，且该效应可被ATP合成抑制剂鱼藤酮（Rotenone）逆转。
     

3. 临床样本验证

   • 对患者来源的PDOs进行下一代测序（Next Generation Sequencing, NGS），确认其与原发肿瘤的基因突变谱一致性（如COSMIC数据库中的热点突变），并观察到ASCs向PDOs的MT现象。
     

主要结果
1. MT的普遍性：ASCs通过TNTs向不同亚型BCCs（管腔型和三阴性）转移线粒体，MT效率在患者来源模型中同样存在。
2. 代谢重塑：ADM降低BCCs的HIF-1α表达（缺氧条件下减少50%），增强OXPHOS，提供ABC转运蛋白所需的ATP。
3. 耐药性机制：ADM使BCCs对顺铂（Cisplatin）和多西他赛（Docetaxel）的耐药性提升15%-60%，且该效应在缺氧环境中更显著。
4. 干预潜力：Cyt-B通过抑制TNTs形成阻断MT，恢复BCCs对化疗的敏感性。

结论与价值
1. 科学意义：首次阐明ASCs通过TNTs介导的MT驱动乳腺癌MDR的完整机制，提出肿瘤微环境中代谢共生（Metabolic Symbiosis）的新模式。
2. 应用价值：靶向MT或TNTs的药物（如Cyt-B衍生物）可能成为克服乳腺癌耐药性的新策略。
3. 临床转化：患者来源类器官模型为个体化耐药性研究提供了可靠平台。

研究亮点
1. 技术创新：结合2D/3D混合培养和MCP技术，实现MT的高效观测与功能操控。
2. 跨学科整合：融合细胞生物学（TNTs）、代谢组学（Seahorse分析）和临床肿瘤学（PDOs）方法。
3. 临床相关性：直接关联ASCs的MT能力与患者化疗响应差异，为精准医疗提供理论基础。

其他发现
- 缺氧条件下，ADM对ABC转运蛋白的激活更为显著，提示肿瘤低氧微环境可能加速耐药性发展。
- 线粒体分裂抑制剂Mdivi-1部分抑制MT，提示线粒体动力学（Mitochondrial Dynamics）参与调控MT效率。

（注：全文未包含的补充数据可通过原文在线附件获取，如流式细胞术直方图、测序panel细节等。）