癌癥轉移 (metastasis) 是乳腺癌最重要的致死原因。癌細胞一旦轉移，幾乎難以治愈，但轉移是一個非常復雜的過程。有研究表明，在癌細胞轉移過程中，一種名為間充質干細胞 (mesenchymal stem cell, MSC) 的體細胞會被癌細胞吸引到腫瘤附近，并起到促進腫瘤發育及轉移的作用【1】。然而，癌細胞是如何利用MSC細胞協助自身轉移的，仍有爭議。近年來病理學家觀察到少數癌細胞有吞噬體細胞的現象，猜測吞噬現象 (engulfment) 可能與癌癥轉移有關【2,3】，但由于缺乏精準可靠的實驗方法，難以證實并量化吞噬現象的影響。
癌細胞的吞噬現象相對罕見，傳統方法可以定性觀察，但難以進行量化分析。近年來不斷發展的微流體芯片 (microfluidic chip) 研究方法【4】，非常適合精確操縱單細胞并進行高通量分析，因而大量應用于生物學研究中。
近日，密西根大學安娜堡分校Celina G. Kleer團隊在Cell Reports雜志上發表文章Mesenchymal Stem/Stromal Cell Engulfment Reveals Metastatic Advantage in Breast Cancer 。
在本研究中，作者開發了一種高通量微流體芯片，實現了大規模的癌細胞-MSC細胞配對與培養，首次觀察到癌細胞吞噬MSC細胞的完整過程，并且通過量化分析多個乳腺癌細胞系的吞噬行為，發現良性細胞系幾乎不發生吞噬現象，而惡性細胞系中有4-6%會吞噬MSC細胞，證實吞噬行為是惡性癌細胞系的重要特征。
視頻. 癌細胞吞噬MSCs
有趣的是，即使在惡性癌細胞系中，仍有相當比例的癌細胞沒有吞噬行為。為了進一步探索吞噬現象與癌癥轉移的關系，作者利用微流體方法，完整地提取出具有吞噬性的癌細胞【5】，并將這些單細胞分別培養成細胞系。通過細胞行為學的體外實驗，作者發現，相比于原本的惡性癌細胞系，這些吞噬性細胞系更容易快速遷移 (migration) ，具有更強的侵略性 (invasion) 及干性 (stemness) 。在動物實驗中，作者也發現吞噬性細胞系具有更強的轉移能力，能夠在小鼠體內形成更大的腫瘤組織。
通過進一步的全轉錄組分析 (whole transcriptome analysis) 實驗，作者篩選出了控制吞噬行為的關鍵基因，并且發現這些基因與已知的人類乳腺癌致癌基因有相當程度的重合。這些關鍵基因有望成為未來癌癥診斷及治療的標靶，而本研究中所開發的高通量微流體芯片也可望用于預測乳腺癌腫瘤的轉移概率。
來自密西根大學安娜堡分校的Dr. Yu-Chih Chen 和 Dr. Maria E. Gonzalez為該論文的共同第一作者，Dr. Celina G. Kleer為通訊作者。
原文鏈接：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(19)30723-5?
制版人：珂
參考文獻
[1] Berger L. Shamai Y. Skorecki K. Tzukerman M. Tumor specific recruitment and reprogramming of mesenchymal stem cells in tumorigenesis. Stem Cells. 2016; 34: 1011-1026.
[2] Almeida S.M. Rotta I. Cerebrospinal fluid cell cannibalism in metastatic breast adenocarcinoma. Arq. Neuropsiquiatr. 2015; 73: 469.
[3] Bartosh T.J. Ullah M. Zeitouni S. Beaver J. Prockop D.J. Cancer cells enter dormancy after cannibalizing mesenchymal stem/stromal cells (MSCs). Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2016; 113: E6447-E6456.
[4] Cheng Y.H. Chen Y.C. Brien R. Yoon E. Scaling and automation of a high-throughput single-cell-derived tumor sphere assay chip. Lab Chip. 2016; 16: 3708-3717.
[5] Chen Y.C. Baac H.W. Lee K.T. Fouladdel S. Teichert K. Ok J.G. Cheng Y.H. Ingram P.N. Hart A.J. Azizi E. et al. Selective photomechanical detachment and retrieval of divided sister cells from enclosed microfluidics for downstream analyses. ACS Nano. 2017; 11: 4660-4668
