腦轉移性乳腺癌中癌細胞-單核細胞共培養球體模擬促腫瘤、免疫抑制及耐藥微環境

《npj Breast Cancer》：Cancer cell-monocyte co-culture spheroids recapitulate pro-tumorigenic, immunosuppressive, and drug-resistant microenvironments in brain metastatic breast cancer

【字體： 大 中 小 】 時間：2025年12月05日 來源：npj Breast Cancer 7.6

　　

腦轉移性乳腺癌（BMBC）是乳腺癌患者死亡的主要原因之一，尤其在三陰性乳腺癌（TNBC）中發生率最高且預后極差。盡管手術和放療是當前的主要治療手段，但BMBC的腫瘤微環境（TME）復雜性阻礙了有效療法的開發。TME中富含多種免疫細胞，其中單核細胞來源的巨噬細胞（MDMs）占據重要比例，然而它們在BMBC進展和治療抵抗中的具體作用尚不明確。此外，血腦屏障（BBB）限制了許多化療藥物（如紫杉醇）的顱內遞送，即使藥物到達病灶，TME的免疫抑制特性也可能削弱其療效。因此，構建能夠模擬BMBC TME的體外模型，解析癌細胞與免疫細胞的相互作用，成為突破治療瓶頸的關鍵。

為解決上述問題，美國阿拉巴馬大學的研究團隊在《npj Breast Cancer》發表研究，開發了一種三維（3D）共培養球體平臺，整合了TNBC腦轉移細胞系MDA-MB-231Br、患者來源異種移植（PDX）細胞F2-7以及THP1單核細胞，通過多組學分析及功能實驗，系統揭示了BMBC TME的促腫瘤、免疫抑制及耐藥機制。

關鍵技術方法

研究通過pHEMA包被的96孔板制備BMBC細胞與單核細胞/巨噬細胞的3D共培養球體，利用免疫熒光、Western blot、qRT-PCR等技術分析細胞增殖（EdU/Ki67標志物）、MAPK/EMT通路蛋白（p-Erk1/2、Vimentin）及免疫標志物（CD163、PD-L1等）表達；通過紫杉醇處理評估球體活力（MTS法）和耐藥性；采用熒光標記及吞噬實驗驗證巨噬細胞功能極化。

多細胞共培養球體模擬促腫瘤微環境

BMBC細胞與單核細胞以1:1比例共培養后，球體形態發生顯著變化：MDA-MB-231Br共培養球體出現大量放射狀突起，且橫截面積增長約1.9倍，而F2-7共培養球體則呈現單核細胞環繞核心的結構及微球體形成。

增殖標志物檢測顯示，共培養組中EdU（MDA-MB-231Br）和Ki67（F2-7）陽性細胞比例分別提升至29%和40%，顯著高于單培養組（20%和27%），表明單核細胞直接促進BMBC細胞增殖。

MAPK/EMT通路激活介導癌細胞惡性表型

共培養條件下，BMBC細胞中磷酸化Erk1/2（p-Erk1/2）水平顯著升高，且上皮-間質轉化（EMT）標志物Vimentin的蛋白和轉錄水平均上調。

此外，活性氧（ROS）抑制劑NAC預處理可完全抑制共培養球體的突起形成，提示ROS-MAPK/EMT軸在單核細胞誘導的BMBC表型重塑中起關鍵作用。

共培養球體呈現免疫抑制及巨噬細胞極化異質性

qRT-PCR分析顯示，MDA-MB-231Br共培養球體中M2型巨噬細胞標志物（CD163、CD206、cMyc）及免疫抑制分子（PD-1、PD-L1、CD24/47）顯著上調，而M1標志物（HLA-DRA、CD80）無變化。

相比之下，F2-7共培養球體同時上調M1（HLA-DRA、IL-6）和M2（CD163、IL-10）標志物，且免疫抑制分子表達幅度更高（如PD-L1上調22.8倍），反映患者來源細胞誘導的巨噬細胞極化存在異質性。

吞噬實驗進一步證實共培養免疫細胞的吞噬活性增強，支持其功能分化。

巨噬細胞直接相互作用增強BMBC治療抵抗

將BMBC細胞與預極化巨噬細胞（M0/M1/M2）共培養發現，M0和M2巨噬細胞共培養球體橫截面積增長更顯著（約2.6倍），且Ki67陽性細胞比例升高。

紫杉醇處理后，M2巨噬細胞共培養的BMBC細胞存活率顯著高于單培養組，且Ki67陽性細胞比例維持較高水平（MDA-MB-231Br+M2組達35%），表明M2型巨噬細胞通過直接接觸賦予BMBC細胞化療保護作用。

結論與意義

本研究通過3D共培養模型首次系統揭示BMBC TME中癌細胞-單核細胞互作通過激活MAPK/EMT通路和誘導M2型巨噬細胞極化，驅動腫瘤增殖、免疫逃逸及化療耐藥。模型成功捕捉了BMBC TME的核心特征，包括巨噬細胞極化異質性和患者特異性差異，為靶向TME的個體化治療策略提供了可擴展的平臺。未來整合微膠質細胞、星形膠質細胞等腦內固有免疫組分，將進一步提升模型對BMBC病理機制的模擬深度。