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

來源：生物探索作者：人氣：-發(fā)表時間：2021-12-03 12:47:00【大中小】

癌癥，一直是當今社會面臨的最嚴峻的問題之一，自從2018年癌癥的免疫療法獲得諾貝爾獎以來，有關(guān)人體自身免疫對抗癌癥的臨床研究越來越多，但是收效并沒有達到預(yù)期。造成這一問題的主要原因是免疫系統(tǒng)的作用機制還沒有完全搞清楚，進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，來自哈佛醫(yī)學(xué)院的研究團隊，在《Nature nanotechnology》發(fā)表了題為“Intercellularnanotubes mediate mitochondrial trafficking between cancer and immune cells”的文章，表述了癌細胞可以通過微/納米管從免疫細胞中“偷走”線粒體并證明了納米管介導(dǎo)的線粒體從免疫細胞向癌細胞的轉(zhuǎn)移增強了癌細胞的代謝，提高了癌細胞侵襲性。

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

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

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)細胞間通信、T細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。納米管還可以在細胞間交易細胞器，比如線粒體的轉(zhuǎn)移。線粒體功能對于免疫細胞的擴增、細胞因子的產(chǎn)生和有效的記憶反應(yīng)至關(guān)重要，主要是因為線粒體中的ATP氧化磷酸化過程中提供的能量。對于癌細胞，線粒體可以提升癌細胞的能量供給，增加癌細胞擴增效率并提高化療耐藥性。

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

此外，研究者們用Hoechst染料標記DNA(細胞核和線粒體)，觀察到線粒體和DNA在納米管中共定位，進一步驗證了納米管的線粒體運輸，并且線粒體是完整無損的，并且研究者們也在小鼠模型中也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。

為了量化免疫細胞和癌細胞之間的線粒體轉(zhuǎn)移，研究者們先用CellTrace Far Red (一種紅色標記物)標記癌細胞，然后與標記線粒體（綠色）的T細胞共培養(yǎng)，然后使用流式細胞術(shù)量化示蹤劑在細胞之間的轉(zhuǎn)移。作為對照，研究者們在對照組設(shè)置了一層400納米孔的膜隔開癌細胞和免疫細胞，可以允許分泌的信號分子和外泌體通過，但阻止通過物理納米管的直接細胞通信。剛開始時，免疫細胞和癌細胞相對獨立的存在兩個區(qū)域，然而，培養(yǎng)16小時后，一個新的混合區(qū)域就產(chǎn)生了。在對照組（加膜組）沒有這種現(xiàn)象，這就說明這種線粒體轉(zhuǎn)移現(xiàn)象是通過微管進行的直接的物理對接而不是信號分子或者外泌體傳遞的信息。此外，研究者們還對不同的免疫細胞進行了相同的實驗，發(fā)現(xiàn)它們都有相同的實驗結(jié)果，說明線粒體通過微管在免疫細胞和癌細胞之間傳遞的現(xiàn)象是普遍存在的。

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

線粒體傳輸指向性實驗，共培養(yǎng)后癌細胞和免疫細胞中的線粒體數(shù)目（藍色：實驗組，紫色：對照組）

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

為了驗證癌細胞的代謝增強是否由于從免疫細胞獲得線粒體，在與癌細胞共培養(yǎng)前，使用抗霉素A和魚藤酮或溴化乙啶破壞免疫細胞的線粒體，證實了癌細胞中的代謝增強是由于從免疫細胞中獲得了線粒體。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)細胞之間肌動蛋白重塑，進而形成微管。如果把Sec3或Sec5相關(guān)的基因敲除就可以大大減少免疫細胞和癌細胞之間的線粒體運輸。

乳腺癌細胞和免疫細胞共培養(yǎng)的免疫標記，Sec3和Sec5與肌動蛋白細胞骨架共定位（Sec3藍色，Sec5紅色，肌動蛋白染色為球藻綠），缺少Sec3或Sec5可以減少免疫細胞和癌細胞之間的線粒體運輸

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胞逃避免疫的機制。雖然目前已批準的免疫治療藥物可以通過刺激免疫系統(tǒng)來激活免疫細胞，但如果免疫細胞的線粒體“被偷”，代謝受阻，一切都是白費了。因此，本研究的內(nèi)容可以進一步啟發(fā)新的免疫療法。但是還有許多問題需要解決，比如，是什么驅(qū)動這些納米管向特定細胞形成？是什么導(dǎo)致線粒體優(yōu)先從免疫細胞向癌細胞移動？總的來說，免疫療法是一個新興的治療手段，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)的機理探究還是任重而道遠。不是我們不努力，實在是敵人太狡猾，不講武德搞偷襲啊！