沒有直接接觸石棉的間皮細胞是如何發(fā)生癌變的?

名古屋大學11月4日宣布，它發(fā)現(xiàn)細胞外囊泡(EVs：外泌體、微血管等)可以運輸致癌物鐵，并在石棉致癌中起作用。 這項研究是由該大學醫(yī)學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心血管醫(yī)學系的Katsuhiro Kato和Toyoaki Murohara領(lǐng)導(dǎo)的研究小組合作進行的。 研究成果已發(fā)表在《氧化還原生物學》電子版上。

石棉仍然在世界各地大量使用，并被廣泛認為是一種致癌物，構(gòu)成惡性間皮瘤和肺癌的風險。 對石棉纖維的致癌機制的研究從兩個方面進行。 一個是石棉纖維通過被間皮細胞吸收并直接作用于它們的細胞核而導(dǎo)致致癌，另一個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)計這項研究時假設(shè)后一種分子機制的貢獻。

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)，石棉被巨噬細胞吞噬。 在復(fù)制這種炎癥環(huán)境的實驗系統(tǒng)中，他們發(fā)現(xiàn)了抑癌基因p16INK4a的缺失，盡管間皮細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胞的問題仍未得到解答。 在這項研究中，研究小組專注于接觸青石棉(藍石棉)--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 < 巨噬細胞 < 鐵銹病 < 細胞外囊泡的分泌

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陽性的巨噬細胞中，但不存在于SMA陽性的肌成纖維細胞或間皮素陽性的間皮細胞中。 值得注意的是，在肌成纖維細胞和間皮細胞中發(fā)現(xiàn)了CD63的表達，這是一種EV的標志，呈強顆粒狀。

接下來，我們通過建立兩個細胞系來測試間皮細胞對FedEVs的攝取：THP1巨噬細胞(定期表達GFP-CD63)和HT1080纖維肉瘤細胞(鐵素體陽性)，并從這些細胞收集GFP標記的EVs。 將FedEVs加入MeT-5A間皮細胞培養(yǎng)物中，發(fā)現(xiàn)在加入后6-9小時內(nèi)被內(nèi)吞完全吸收。 特別是，來自受體間皮細胞的內(nèi)源性CD63和來自巨噬細胞的GFP-CD63在加入24小時后被發(fā)現(xiàn)在細胞膜上強烈地共同定位(內(nèi)體、晚期內(nèi)體到溶酶體樣模式)。

細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)病機制中很重要。

還分析了FedEV暴露對間皮細胞造成的DNA損傷：發(fā)現(xiàn)暴露于FedEV 24小時后，受體間皮細胞的細胞核中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在致癌作用的進一步研究。 同時，石棉致癌機制的一部分，即FedEV將內(nèi)化的鐵蛋白和催化的Fe(II)捐贈給間皮細胞，已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)。 這一機制可能是預(yù)防癌癥的一個潛在目標。 研究人員說："對FedEV進行更詳細的分析可能會導(dǎo)致它被用作間皮瘤患者的生物標志物。