來自死亡巨噬細(xì)胞的含鐵細(xì)胞外囊泡被發(fā)現(xiàn)參與了石棉致癌過程 - 名古屋大學(xué)
沒有直接接觸石棉的間皮細(xì)胞是如何發(fā)生癌變的?
名古屋大學(xué)11月4日宣布，它發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外囊泡(EVs：外泌體、微血管等)可以運(yùn)輸致癌物鐵，并在石棉致癌中起作用。 這項(xiàng)研究是由該大學(xué)醫(yī)學(xué)研究生院的伊藤文也、Izumi Liangtori和Shinya Toyokuni領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與該大學(xué)心血管醫(yī)學(xué)系的Katsuhiro Kato和Toyoaki Murohara領(lǐng)導(dǎo)的研究小組合作進(jìn)行的。 研究成果已發(fā)表在《氧化還原生物學(xué)》電子版上。
石棉仍然在世界各地大量使用，并被廣泛認(rèn)為是一種致癌物，構(gòu)成惡性間皮瘤和肺癌的風(fēng)險(xiǎn)。 對石棉纖維的致癌機(jī)制的研究從兩個(gè)方面進(jìn)行。 一個(gè)是石棉纖維通過被間皮細(xì)胞吸收并直接作用于它們的細(xì)胞核而導(dǎo)致致癌，另一個(gè)是石棉通過其引起的炎癥而間接導(dǎo)致間皮癌。 研究小組在設(shè)計(jì)這項(xiàng)研究時(shí)假設(shè)后一種分子機(jī)制的貢獻(xiàn)。
去年，該研究小組確定了一種致癌環(huán)境，在石棉暴露形成的炎癥環(huán)境(肉芽腫)內(nèi)，石棉被巨噬細(xì)胞吞噬。 在復(fù)制這種炎癥環(huán)境的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，他們發(fā)現(xiàn)了抑癌基因p16INK4a的缺失，盡管間皮細(xì)胞沒有直接接觸石棉。 然而，致癌物是如何從肉芽腫中的石棉傳播到間皮細(xì)胞的問題仍未得到解答。 在這項(xiàng)研究中，研究小組專注于接觸青石棉(藍(lán)石棉)--一種高度致癌的石棉--產(chǎn)生的EVs，假設(shè)EVs可能通過傳遞生物活性物質(zhì)參與石棉致癌。
石棉 < 巨噬細(xì)胞 < 鐵銹病 < 細(xì)胞外囊泡的分泌
我們首先利用小鼠腹腔注射青石棉的模型，研究了肉芽腫中存在的鐵中毒依賴性EVs(FedEVs)，這是一種防御反應(yīng)。 熒光免疫染色的結(jié)果顯示，石棉纖維存在于CD68陽性的巨噬細(xì)胞中，但不存在于SMA陽性的肌成纖維細(xì)胞或間皮素陽性的間皮細(xì)胞中。 值得注意的是，在肌成纖維細(xì)胞和間皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了CD63的表達(dá)，這是一種EV的標(biāo)志，呈強(qiáng)顆粒狀。
接下來，我們通過建立兩個(gè)細(xì)胞系來測試間皮細(xì)胞對FedEVs的攝取：THP1巨噬細(xì)胞(定期表達(dá)GFP-CD63)和HT1080纖維肉瘤細(xì)胞(鐵素體陽性)，并從這些細(xì)胞收集GFP標(biāo)記的EVs。 將FedEVs加入MeT-5A間皮細(xì)胞培養(yǎng)物中，發(fā)現(xiàn)在加入后6-9小時(shí)內(nèi)被內(nèi)吞完全吸收。 特別是，來自受體間皮細(xì)胞的內(nèi)源性CD63和來自巨噬細(xì)胞的GFP-CD63在加入24小時(shí)后被發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞膜上強(qiáng)烈地共同定位(內(nèi)體、晚期內(nèi)體到溶酶體樣模式)。
細(xì)胞外液泡中有助于致癌的主要分子是 "鐵蛋白"。
通過LC-MS對FedEV中的蛋白質(zhì)進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)FedEV含有高水平的鐵蛋白(FtL和FtH)。 特別是，只有在暴露于鐵或鐵和石棉纖維的FedEV中，鐵蛋白(一種細(xì)胞外囊泡中的鐵儲存蛋白)的增加可能在鐵超載的發(fā)病機(jī)制中很重要。
還分析了FedEV暴露對間皮細(xì)胞造成的DNA損傷：發(fā)現(xiàn)暴露于FedEV 24小時(shí)后，受體間皮細(xì)胞的細(xì)胞核中DNA氧化損傷(8-OHdG)和DNA雙鏈斷裂(γH2AX)有所增加。 此外，CD63、鐵蛋白和DNA雙鏈斷裂被發(fā)現(xiàn)在肉芽腫附近的間皮細(xì)胞中共存。
本研究表明，作為EVs的一種新的病理參與，EVs可能有助于致癌。 可以期待對EVs在致癌作用的進(jìn)一步研究。 同時(shí)，石棉致癌機(jī)制的一部分，即FedEV將內(nèi)化的鐵蛋白和催化的Fe(II)捐贈給間皮細(xì)胞，已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)。 這一機(jī)制可能是預(yù)防癌癥的一個(gè)潛在目標(biāo)。 研究人員說："對FedEV進(jìn)行更詳細(xì)的分析可能會導(dǎo)致它被用作間皮瘤患者的生物標(biāo)志物。