脂质代谢与乳腺癌曲妥珠单抗耐药性机制的相关性研究

冯诚天 黄芙蓉 综述 姜永冬 审校

乳腺癌作为一种异质性疾病,由多个亚型组成。不同亚型具有不同的形态学特点、临床特征以及预后情况。在这些亚型中,人类表皮生长因子受体2(Human epidermal growth factor receptor 2,HER2)扩增和/或过表达的乳腺癌约占所有乳腺癌的20%。乳腺癌患者中HER2的状态与疾病进展、不良生存结局和疾病复发风险相关[1]。尽管曲妥珠单抗的出现为患者提供了更好方案的选择,改善了患者的预后,但是仍然存在许多患者在治疗过程中或者规范化治疗之后出现肿瘤进展、复发或转移情况[2]。因此,有关曲妥珠单抗原发性或继发性耐药的机制一直是研究的热点。尽管已经发现HER2基因扩增与HER2核易位、p95HER2过表达、PI3K/Akt/TOR信号通路异常等机制与HER2阳性乳腺癌细胞产生曲妥珠单抗耐药性相关[3],但脂质代谢参与HER2阳性乳腺癌细胞产生曲妥珠单抗耐药性的机制尚未阐明。

在所有活细胞中,脂质代谢与调节细胞生长、增殖、分化、存活、凋亡、炎症、运动和膜稳态的信号网络有关[4]。处于肿瘤微环境中的肿瘤细胞在肿瘤进展过程中营养的可用性不断变化,肿瘤细胞通过局部微环境摄取外源性脂质和从头合成内源性脂质分子这两种机制获得脂质和脂蛋白来支持其快速增殖、存活、迁移、侵袭、转移和产生耐药性[5-6]。在肿瘤细胞发生耐药性的过程中,脂质代谢也发挥着重要作用,例如产生脂质分子神经酰胺的癌症化疗药物会使神经酰胺的积累,也会激活葡糖基神经酰胺合酶,使神经酰胺转化为葡糖基神经酰胺,从而降低细胞中神经酰胺的水平、刺激肿瘤细胞生长和DNA合成,致使驱动肿瘤细胞发生耐药性[4]。脂质代谢是肿瘤发生耐药性的重要原因之一。因此,本文就脂质代谢与HER2靶向治疗耐药性方面进行综述,阐明HER2阳性乳腺癌细胞内外脂质代谢过程可能介导曲妥珠单抗耐药性的产生。

1 HER2阳性乳腺癌细胞内脂肪酸合酶介导曲妥珠单抗耐药

脂质代谢在肿瘤细胞存活、侵袭和转移中发挥着重要的作用[7]。脂肪酸合酶(Fatty acid synthase,FASN)是肿瘤细胞内源性脂质代谢的关键[8],FASN能够将生物活性多糖进行酵解和将谷氨酰胺回补反应的前体转化为脂肪酸,在肿瘤细胞中超过90%脂肪酸(Fatty acid,FA)由FASN反应合成[7,9]。有证据表明,在几乎所有正常组织中FASN的表达和活性都极低,而在许多实体癌和侵袭性癌中,FASN的表达和活性显著上调[4]。Menendez实验发现即使在存在大量循环外源性FA的情况下,几乎所有的肿瘤细胞都表现出以FASN过度表达为特征的“成脂表型”来促进细胞的生存、增殖及侵袭[7]。在HER2阳性乳腺癌中,FASN与HER2关系密切且相互影响。FASN通路在HER2阳性乳腺癌中高度活跃,HER2受体可促进FASN蛋白的转录和磷酸化激活[10]。Jung等[10]通过对149例转移性乳腺癌的组织微阵列与脂质代谢相关蛋白进行分析,发现FASN在HER2型乳腺癌中的表达显著高于管腔A型和三阴性型乳腺癌(P<0.001)。同时,FASN通过调节HER2启动子活性反式阻遏物Ets类转录因子PEA3来影响HER2的表达[11]。在乳腺癌细胞中,HER2基因促进FASN的激活,增加细胞膜上的脂筏微结构域,从而建立了异常细胞信号传导的恶性循环[12]。越来越多的研究表明,FASN通路诱导HER2阳性乳腺癌细胞产生靶向治疗的耐药性。FASN催化生成的内源性FA能够促进细胞膜脂筏上的HER2翻译复合物的形成,增加HER2与信号翻译相关蛋白相互作用,将HER2状态从“关闭”转变为“打开”,促进HER2受体的裂解,释放HER2受体胞外段(HER2 ECD),而HER2 ECD片段可激活PI3K/Akt/mTOR和MAPK/ERK1/2信号通路,减弱曲妥珠单抗效应导致曲妥珠单抗耐药[13]。Alejandro等[11]在曲妥珠单抗敏感的SKBR3对照细胞和曲妥珠单抗(高剂量耐受)的SKBR3/Tzb100细胞中分别添加不同浓度的FASN抑制剂C75后,发现细胞以剂量依赖性方式受到生长抑制,同时通过RT-PCR分析显示,曲妥珠单抗耐药SKBR3/Tzb100细胞表现出的HER2 mRNA水平约是曲妥珠单抗敏感的SKBR3亲本细胞的2倍,分析研究结果发现FASN促进了HER2的表达,而当阻断FASN活性时,可使曲妥珠单抗耐药细胞恢复对曲妥珠单抗的敏感性。因此,FASN驱动的细胞信号通路参与HER2阳性乳腺癌细胞的形成,同时也促进了曲妥珠单抗耐药的发生。

2 脂肪组织释放炎症因子促进曲妥珠单抗耐药

2.1 白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)

IL-6是一种多活性细胞因子,在细胞增殖、免疫监测、急性炎症和代谢等多种生理过程中发挥重要作用[14]。在稳态条件下,IL-6在免疫反应、炎症、造血和骨稳态中发挥基本作用。然而,IL-6的失调促进了多种炎症和免疫介导疾病以及癌症的发生。有研究指出脂肪组织能通过分泌IL-6等炎症因子改变肿瘤细胞的微环境来影响HER2阳性乳腺癌细胞的靶向治疗敏感性[15-16]。在HER2阳性乳腺癌中,IL-6的自分泌和JAK2的激活介导了STAT3的激活[17]。IL-6/JAK/STAT3通路的激活诱导了HER2阳性乳腺癌细胞产生曲妥珠单抗的耐药性[18]。IL-6首先与细胞表面的IL-6受体(IL-6Ra)结合,继而与糖蛋白130(gp130)受体结合,形成三聚体受体复合物(IL-6/IL-6Ra/gp130),然后第一个三聚体复合物中的IL-6与第二个三聚体复合物gp130的D1结构域结合,形成信号转导的六聚体受体复合物,IL-6/IL-6Ra/gp130六聚体复合物的形成将JAK家族的非受体酪氨酸激酶(JAK1,JAK2和TYK2)召集到细胞膜上,这些酪氨酸激酶与gp130细胞质尾部的5个酪氨酸残基(Y759,Y767,Y814,Y905和Y915)结合并磷酸化。STAT1和STAT3转录因子通过磷酸化的gp130分别在Y701和Y705位点被JAKs磷酸化[19],激活了IL-6/JAK/STAT3通路。IL-6介导的曲妥珠单抗耐药不仅能通过激活JAK/STAT3通路产生,还能通过癌症干细胞(CSCs)数量的增加而产生。Korkaya等[20]通过降低HER2过表达乳腺癌细胞系中PTEN的表达而产生曲妥珠单抗耐药细胞,并证明这些细胞中曲妥珠单抗耐药的发生是通过激活IL-6炎症反馈环导致CSCs数量的增加而介导的。Mao等[14]通过荧光素酶报告基因实验分析经IL6处理后的BT474和SKBR3细胞,发现IL-6确实降低了两种细胞系中PTEN启动子的转录活性。因此,IL-6通过影响PTEN的转录活性和增加CSCs的数量,从而导致了HER2阳性乳腺癌细胞产生曲妥珠单抗的耐药性。在HER2阳性乳腺癌细胞中,IL-6炎症反馈回路的诱导导致CSCs的扩增,进而分泌高水平的IL-6[21]。这种IL-6参与的正反馈机制进一步介导了曲妥珠单抗耐药性的产生。

2.2 肿瘤坏死因子α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)

TNF-α是一种促炎细胞因子,在多种癌症中表达增加并发挥着显著的作用。在正常乳腺中,TNF-α诱导乳腺细胞的增殖、形态发生分支和分化[22]。在乳腺癌中,TNF-α与肿瘤细胞增殖和凋亡、进展和转移以及化疗耐药有密切的关系[23]。在浸润性乳腺导管癌中,TNF-α的表达增加与肿瘤分级呈正比[24]。当TNF-α与其受体TNFαRI结合时,发出信号使受体的三聚化和募集衔接蛋白及TNFαR相关因子,然后激活IKK和反激活NF-kB,促进乳腺癌肿瘤细胞的发生、进展和转移[23]。在HER2阳性乳腺癌中,TNF-α是曲妥珠单抗耐药性的重要参与者,TNF-α的过表达使曲妥珠单抗敏感HER2阳性乳腺癌细胞转变为耐药细胞,同时发现在曲妥珠单抗耐药的乳腺癌细胞株中有比敏感细胞株更高的TNF-α水平[22]。Mercogliano等[25]研究发现在体外用TNF-α刺激HER2阳性乳腺癌细胞可诱导HER2反式激活,进而激活NF-kB并诱导曲妥珠单抗耐药细胞系的增殖。TNF-α通过TNFα-NFkB-MUC4轴在曲妥珠单抗耐药性中发挥中心作用。MUC4的表达介导了TNF-α诱导的曲妥珠单抗耐药,TNF-α诱导MUC4表达水平升高,MUC4掩盖了HER2上曲妥珠单抗结合的表位,从而阻碍曲妥珠单抗的抗增殖作用和ADCC作用[22]。因此,TNF-α通过诱导MUC4表达使HER2阳性乳腺癌细胞发生曲妥珠单抗耐药,同时也促进曲妥珠单抗耐药细胞的增殖,从而使HER2阳性产生曲妥珠单抗耐药。

3 脂肪细胞的转分化干扰曲妥珠单抗耐药

在局部肿瘤细胞的侵袭下,脂肪转化因子过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(PPARγ)等调节因子刺激脂肪细胞发生“去极化”,最终形成肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)[26-27]。Okumura等[28]通过体内和体外实验研究了脂肪组织来源的基质细胞(ASCs)在促肿瘤进展中的作用,发现乳腺癌肿瘤细胞分泌细胞因子将ASCs转化为CAFs样表型。CAFs是乳腺癌肿瘤ASCs的主要组成部分,通过分泌细胞因子和激活多种信号通路,来促进乳腺癌的发生发展和耐药形成[14,29]。Luque等[30]测量了在TPD治疗条件下,CAFs分泌到HER2阳性乳腺癌上生成的条件培养基(CM)中的效果,发现当细胞暴露于CM[CAF-200/TPD]时,抗HER2治疗的敏感性显著降低,说明CAF-200可以通过分泌可溶性因子诱导细胞产生HER2治疗的耐药性。CAF可以通过分泌IL6等细胞因子、扩大肿瘤干细胞群和激活PI3K/Akt/mTOR、JAK/STAT3、NF-kB和ERK信号通路来诱导HER2阳性乳腺癌细胞产生曲妥珠单抗耐药性[14,31]。此外,CAF产生并分泌高水平的FGF5,诱导周围HER2阳性乳腺癌细胞中的FGFR2激活,FGFR2通过c-Src反式激活HER2,导致对HER2靶向治疗的耐药性[2]。Fernández-Nogueira等[2]发现在体内,将非耐药细胞系与CAFs联合接种后可产生更具侵袭性和耐药性的肿瘤,耐药细胞激活成纤维细胞并分泌FGFR配体,形成一个正反馈环,增强HER2阳性细胞的曲妥珠单抗耐药。总之,脂肪细胞在肿瘤的微环境中转分化形成CAFs,通过重塑细胞外基质或分泌对肿瘤细胞行为产生旁分泌作用的细胞因子,诱导HER2阳性乳腺癌细胞产生曲妥珠单抗耐药性。

4 小结与展望

脂质代谢为人体正常细胞提供了能量、细胞因子和生长因子等促进细胞的生长、增殖,同时脂质代谢也可以促进肿瘤细胞的存活、增殖、侵袭和耐药。HER2阳性乳腺癌细胞在细胞内从头合成脂质分子的同时,上调了FASN的表达,介导了HER2阳性乳腺癌细胞的曲妥珠单抗耐药性。HER2阳性乳腺癌细胞外的脂肪组织在为HER2阳性细胞提供细胞外源性脂质的同时,通过分泌炎性因子和脂肪细胞的转分化,为HER2阳性乳腺癌细胞创造了有利于产生曲妥珠单抗耐药性的微环境。脂质代谢与HER2阳性乳腺癌细胞曲妥珠单抗耐药性的产生有着密切的关系。目前,已证实脂质代谢在HER2阳性乳腺癌的侵袭转移及耐药中发挥重要作用,其调控机制值得更加深入的探索,以阐明脂质代谢在HER2阳性乳腺癌产生曲妥珠单抗耐药性机制中发挥的具体作用,发掘抑制肿瘤耐药的具体措施,为HER2阳性乳腺癌的治疗提供新的靶点和途径。