在脑转移瘤中，研究发现活化的星形胶质细胞产生血纤维蛋白溶酶原和细胞毒性细胞因子对脑转移癌细胞发挥作用，然而脑转移瘤细胞通过丝氨酸蛋白酶抑制剂抑制因子拮抗活化星形胶质细胞产生的血纤维蛋白溶酶原作用，从而使自身不被清除。但星形胶质细胞和癌细胞之间并不总是拮抗关系：脑转移瘤包含许多活化星形胶质细胞，星形胶质细胞在与癌细胞共培养时，对癌细胞有益处。然而其具体作用和分子机制尚不明确。2016年 5月18日，Nature以Article的形式在线发表了美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心Justin R. cross3 & Joan Massagué的最新研究成果《Carcinoma–astrocyte gap junctions promote brain metastasis by cGAMP transfer》。在这篇研究论文中，研究者们发现人和小鼠乳腺癌以及肺癌细胞表达原钙黏蛋白7（protocadherin 7, PCDH7），促进了癌-星型胶质细胞间隙连接分子Cx43的聚集和组装。一 旦癌-星型胶质细胞间隙连接网络建立，脑转移癌细胞运用这种通道运输癌细胞来源的第二信使cGAMP进入星型胶质细胞，激活了星型胶质细胞中STING通 路，产生炎症细胞因子如IFNα和TNF。产生的炎症细胞因子通过旁分泌途径激活脑转移癌细胞STAT1和NF-kB通路，促进肿瘤细胞生长和耐药。运用 间隙连接调节因子甲氯芬那酸和tonabersat能显著抑制这种旁分泌作用。研究者们提供了证据证明这些药物能被用于治疗确诊的脑转移瘤。
作者研究发现在脑转移瘤中，存在较高的Cx43的表达，对比脑转移瘤、原发肿瘤和正常组织，也观察到脑转移瘤中高水平的Cx43，Cx43是间隙连接组成的分子。为了更好的观察癌细胞-星形胶质细胞的联系，作者运用了5个来源于人和小鼠的脑转移瘤模型：乳腺癌（MDA231-BrM2和ErbB2-BrM），肺癌（H2030-BrM3, 393N1和LLC-BrM）。细致观察发现Cx43表达在癌细胞-星形胶质细胞接触处，在星形胶质细胞中表达最高，PCDH7在乳腺癌和肺癌中高表达，同时在脑转移瘤中，PCDH7水平较高，而且在脑转移癌细胞中的含量高于星形胶质细胞、小胶质细胞或内皮细胞。在临床三阴乳腺癌（triple-negative breast cancer, TNBC）中，发现原发肿瘤中Cx43和PCDH7的含量与脑转移有关，而不是骨转移或者肺转移。在非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）也观察到同样的现象。这些证据表明Cx43主要表达与星形胶质细胞，PCDH7主要表达与癌细胞，Cx43和PCDH7与脑转移瘤相关。
癌-星形胶质细胞间隙连接通过cGAMP转运促进脑转移瘤发展
发布时间：2016-05-25 16:23 文章来源：未知 作者：百替生物
脑转移瘤系指原发于身体其他部位的肿瘤细胞转入颅内，其中以肺癌脑转移最常见。在许多恶性程度高的肿瘤中，发现有20%-40%发生脑转移。目前针对脑转移瘤尚缺乏有效的治疗策略，许多患者发生脑转移瘤后不到12个月，即死亡。因此，急需研究开发出更好的治疗策略。
近几年，关于脑转移瘤的分子以及细胞机制得到了一定的阐释：循环肿瘤细胞首先通过血脑屏障（blood–brain barrier, BBB）进入软细胞组织。许多进入软细胞组织的肿瘤细胞被星形胶质细胞消灭。星形胶质细胞在中枢神经系统中发挥营养、保护作用，大概就是这样的——
作者研究发现在脑转移瘤中，存在较高的Cx43的表达，对比脑转移瘤、原发肿瘤和正常组织，也观察到脑转移瘤中高水平的Cx43，Cx43是间隙连接组成的分子。为了更好的观察癌细胞-星形胶质细胞的联系，作者运用了5个来源于人和小鼠的脑转移瘤模型：乳腺癌（MDA231-BrM2和ErbB2-BrM），肺癌（H2030-BrM3, 393N1和LLC-BrM）。细致观察发现Cx43表达在癌细胞-星形胶质细胞接触处，在星形胶质细胞中表达最高，PCDH7在乳腺癌和肺癌中高表达，同时在脑转移瘤中，PCDH7水平较高，而且在脑转移癌细胞中的含量高于星形胶质细胞、小胶质细胞或内皮细胞。在临床三阴乳腺癌（triple-negative breast cancer, TNBC）中，发现原发肿瘤中Cx43和PCDH7的含量与脑转移有关，而不是骨转移或者肺转移。在非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）也观察到同样的现象。这些证据表明Cx43主要表达与星形胶质细胞，PCDH7主要表达与癌细胞，Cx43和PCDH7与脑转移瘤相关。
预先将染料导入癌细胞中，抑制Cx43和PCDH7的表达，抑制了染料进入星形胶质细胞，表明Cx43和PCDH7均与细胞间间隙连接有关。在大脑中，内皮细胞和小胶质细胞不表达或低表达Cx43和PCDH7，也很少观察到有染料进入这些细胞，因此，在大脑中，PCDH7主要介导癌细胞与星形胶质细胞的联系。为了进一步论证Cx43与PCDH7的关系，以及其在间隙连接形成中的作用，采用荧光素酶实验，分别将荧光素酶的N端和C端与PCDH7和Cx43进行连接，进行不同分组实验证明，PCDH7与Cx43存在相互作用，PCDH7促进了Cx43形成间隙连接的能力。体内实验研究发现，干扰PCDH7或者Cx43的表达，抑制了大脑中癌细胞的存在，体外划痕实验证实，PCDH7或者Cx43的表达下降，癌细胞细胞的增殖能力也显著减弱。这充分表明PCDH7促进Cx43形成间隙连接，在脑转移瘤的发展中发挥促进作用。
然而PCDH7促进Cx43形成间隙连接，增强脑转移瘤的发展的机制如何，尚不明确。通过TRAPRNA-seq分析发现，Cx43下调的情况下，癌细胞中IFN和NF-kB通路分子表达降低。癌细胞-星形胶质细胞共培养，促进癌细胞中SIRT1和NF-kB p65蛋白磷酸化，表明激活了癌细胞中IFN和NF-kB通路，同时星形胶质细胞中STING通路下游炎症细胞因子IFNα和TNF水平增加。体内实验抑制癌细胞中SIRT1，大脑中转移癌细胞显著减少。这些表明Cx43形成的间隙连接促进星形胶质细胞IFNα和TNF产生，激活癌细胞SIRT1和NF-kB通路。
IFNα和TNF的上升与细胞中dsRNA相关，细胞质中dsRNA激活cGAS-STING通路，启动抗病毒免疫反应，这个过程是通过第二信使cGAMP介导的。cGAMP结合STING触发TBK1和IRF3的磷酸化导致其激活，激活的IRF3进入细胞核，促进IFNα和TNF表达。体外共培养癌细胞-星形胶质细胞，发现TBK1和IRF3的磷酸化与Cx43的表达正相关，IRF3在细胞核中聚集只在星形胶质细胞中发现。同时研究发现，抑制STING，并不能观察到IRF3的核聚集现象，IFNα和TNF表达也不会上升。这表明Cx43和STING通路与IRF3的核聚集以及IFNα和TNF表达相关。为了进一步明确在脑转移瘤中STING的激活是否与dsRNA下游的cGAMP有关，通过液相色谱串联质谱分析发现cGAMP产生于癌细胞中，进入星形胶质细胞，抑制Cx43的表达，星形胶质细胞中cGAMP的水平下降。这些结果表明，脑转移癌细胞中产生的cGAMP通过Cx43组装成的间隙连接进入星形胶质细胞，集合STING，出发IRF3的磷酸化，并进入细胞核，促进IFNα和TNF表达。
运用间隙连接调节因子甲氯芬那酸和tonabersat，抑制间隙连接的组装，观察到星形胶质细胞中IFNα和TNF的表达下降，且存在剂量依赖性。体内实验也证实，运用甲氯芬那酸和tonabersat处理，脑转移瘤发展得到显著抑制，与Cx43和PCDH7的敲除相类似。这些体内体外实验结果表明，间隙连接抑制剂甲氯芬那酸和tonabersat具有显著的抑制脑转移瘤发展的作用。
这篇研究论文丰富了癌细胞-星形胶质细胞在脑转移瘤发展中的作用，阐明了两者之间的间隙连接在脑转移瘤发展中的作用，进一步运用药物处理的实验表明以癌细胞-星形胶质细胞之间间隙连接作为靶点，是一个可靠、有效的治疗脑转移瘤的策略，具有重大的科学意义和应用前景。