不講武德！Nature子刊：癌細(xì)胞可以偷取免疫細(xì)胞的線粒體，提高癌細(xì)胞的侵襲性

來(lái)源：生物探索作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2021-12-03 12:47:00【大中小】

癌癥，一直是當(dāng)今社會(huì)面臨的最嚴(yán)峻的問(wèn)題之一，自從2018年癌癥的免疫療法獲得諾貝爾獎(jiǎng)以來(lái)，有關(guān)人體自身免疫對(duì)抗癌癥的臨床研究越來(lái)越多，但是收效并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期。造成這一問(wèn)題的主要原因是免疫系統(tǒng)的作用機(jī)制還沒(méi)有完全搞清楚，進(jìn)而限制了免疫療法的應(yīng)用和發(fā)展。因此，研究并闡明癌細(xì)胞如何逃避免疫系統(tǒng)的“追殺”是尋找下一代癌癥免疫療法的關(guān)鍵一步。

近期，來(lái)自哈佛醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，在《Nature nanotechnology》發(fā)表了題為“Intercellularnanotubes mediate mitochondrial trafficking between cancer and immune cells”的文章，表述了癌細(xì)胞可以通過(guò)微/納米管從免疫細(xì)胞中“偷走”線粒體并證明了納米管介導(dǎo)的線粒體從免疫細(xì)胞向癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移增強(qiáng)了癌細(xì)胞的代謝，提高了癌細(xì)胞侵襲性。

https://doi.org/10.1038/s41565-021-01000-42

為了觀察到癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的微管，研究者們將不同的小鼠和人類乳腺癌細(xì)胞與效應(yīng)免疫細(xì)胞(NKT、CD3+/CD8+ )共培養(yǎng)，并使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)檢測(cè)共培養(yǎng)過(guò)程中的細(xì)胞間相互作用。結(jié)果顯示，癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞通過(guò)納米管狀結(jié)構(gòu)物理連接，在某些情況下，來(lái)自癌細(xì)胞的單個(gè)納米管與多個(gè)免疫細(xì)胞串聯(lián)，并與免疫細(xì)胞膜形成多個(gè)接觸。

癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞通過(guò)納米管狀結(jié)構(gòu)物理連接

在以往的研究中發(fā)現(xiàn)，這種微管/納米管結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)細(xì)胞間通信、T細(xì)胞之間的艾滋病毒轉(zhuǎn)移、神經(jīng)元之間的朊病毒轉(zhuǎn)移等方面都有作用。納米管還可以在細(xì)胞間交易細(xì)胞器，比如線粒體的轉(zhuǎn)移。線粒體功能對(duì)于免疫細(xì)胞的擴(kuò)增、細(xì)胞因子的產(chǎn)生和有效的記憶反應(yīng)至關(guān)重要，主要是因?yàn)榫€粒體中的ATP氧化磷酸化過(guò)程中提供的能量。對(duì)于癌細(xì)胞，線粒體可以提升癌細(xì)胞的能量供給，增加癌細(xì)胞擴(kuò)增效率并提高化療耐藥性。

在本研究中，研究者們熒光標(biāo)記了免疫細(xì)胞細(xì)胞中的線粒體，加入到未標(biāo)記過(guò)的乳腺癌細(xì)胞中共培養(yǎng)16小時(shí)，發(fā)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞中觀察到大量的斑點(diǎn)熒光，說(shuō)明了線粒體從免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)移到癌細(xì)胞。再利用phalloidin紅（一種染色劑）標(biāo)記培養(yǎng)液中的納米管，我們觀察到熒光標(biāo)記的線粒體在納米管內(nèi)的共定位，說(shuō)明線粒體是通過(guò)納米管傳輸?shù)摹?/div>

此外，研究者們用Hoechst染料標(biāo)記DNA(細(xì)胞核和線粒體)，觀察到線粒體和DNA在納米管中共定位，進(jìn)一步驗(yàn)證了納米管的線粒體運(yùn)輸，并且線粒體是完整無(wú)損的，并且研究者們也在小鼠模型中也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。

為了量化免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞之間的線粒體轉(zhuǎn)移，研究者們先用CellTrace Far Red (一種紅色標(biāo)記物)標(biāo)記癌細(xì)胞，然后與標(biāo)記線粒體（綠色）的T細(xì)胞共培養(yǎng)，然后使用流式細(xì)胞術(shù)量化示蹤劑在細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)移。作為對(duì)照，研究者們?cè)趯?duì)照組設(shè)置了一層400納米孔的膜隔開(kāi)癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞，可以允許分泌的信號(hào)分子和外泌體通過(guò)，但阻止通過(guò)物理納米管的直接細(xì)胞通信。剛開(kāi)始時(shí)，免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞相對(duì)獨(dú)立的存在兩個(gè)區(qū)域，然而，培養(yǎng)16小時(shí)后，一個(gè)新的混合區(qū)域就產(chǎn)生了。在對(duì)照組（加膜組）沒(méi)有這種現(xiàn)象，這就說(shuō)明這種線粒體轉(zhuǎn)移現(xiàn)象是通過(guò)微管進(jìn)行的直接的物理對(duì)接而不是信號(hào)分子或者外泌體傳遞的信息。此外，研究者們還對(duì)不同的免疫細(xì)胞進(jìn)行了相同的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它們都有相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明線粒體通過(guò)微管在免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞之間傳遞的現(xiàn)象是普遍存在的。

研究者們又測(cè)試了線粒體轉(zhuǎn)移的指向性。實(shí)驗(yàn)表明，接收免疫細(xì)胞標(biāo)記線粒體的癌細(xì)胞占總細(xì)胞的41.00%，而在反向培養(yǎng)中接收癌細(xì)胞標(biāo)記線粒體的免疫細(xì)胞在共培養(yǎng)中只占總細(xì)胞的0.99%。因此，研究者們得出了結(jié)論:線粒體從免疫細(xì)胞向癌細(xì)胞的運(yùn)輸是單向的。

線粒體傳輸指向性實(shí)驗(yàn)，共培養(yǎng)后癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞中的線粒體數(shù)目（藍(lán)色：實(shí)驗(yàn)組，紫色：對(duì)照組）

接下來(lái),研究者們研究了線粒體轉(zhuǎn)移對(duì)癌細(xì)胞代謝的影響。從共培養(yǎng)中分離出來(lái)的癌細(xì)胞比用膜隔開(kāi)與免疫細(xì)胞共培養(yǎng)和單一培養(yǎng)的對(duì)照組癌細(xì)胞表現(xiàn)出更高代謝能力。

為了驗(yàn)證癌細(xì)胞的代謝增強(qiáng)是否由于從免疫細(xì)胞獲得線粒體，在與癌細(xì)胞共培養(yǎng)前，使用抗霉素A和魚藤酮或溴化乙啶破壞免疫細(xì)胞的線粒體，證實(shí)了癌細(xì)胞中的代謝增強(qiáng)是由于從免疫細(xì)胞中獲得了線粒體。最后，研究者們又發(fā)現(xiàn)納米管的形成與囊外復(fù)合物（sec3/sec5）密切相關(guān)，囊外復(fù)合物可以誘導(dǎo)細(xì)胞之間肌動(dòng)蛋白重塑，進(jìn)而形成微管。如果把Sec3或Sec5相關(guān)的基因敲除就可以大大減少免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞之間的線粒體運(yùn)輸。

乳腺癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞共培養(yǎng)的免疫標(biāo)記，Sec3和Sec5與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架共定位（Sec3藍(lán)色，Sec5紅色，肌動(dòng)蛋白染色為球藻綠），缺少Sec3或Sec5可以減少免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞之間的線粒體運(yùn)輸

本次研究最終得出結(jié)論，納米管介導(dǎo)的線粒體傳輸可能成為一種新的癌細(xì)胞逃避免疫的機(jī)制。雖然目前已批準(zhǔn)的免疫治療藥物可以通過(guò)刺激免疫系統(tǒng)來(lái)激活免疫細(xì)胞，但如果免疫細(xì)胞的線粒體“被偷”，代謝受阻，一切都是白費(fèi)了。因此，本研究的內(nèi)容可以進(jìn)一步啟發(fā)新的免疫療法。但是還有許多問(wèn)題需要解決，比如，是什么驅(qū)動(dòng)這些納米管向特定細(xì)胞形成？是什么導(dǎo)致線粒體優(yōu)先從免疫細(xì)胞向癌細(xì)胞移動(dòng)？總的來(lái)說(shuō)，免疫療法是一個(gè)新興的治療手段，雖然已經(jīng)有些臨床成效，已經(jīng)能夠看到勝利的曙光，然而相關(guān)的機(jī)理探究還是任重而道遠(yuǎn)。不是我們不努力，實(shí)在是敵人太狡猾，不講武德搞偷襲啊！