脑转移性乳腺癌中癌细胞-单核细胞共培养球体模拟促肿瘤、免疫抑制及耐药微环境

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

本研究针对脑转移性乳腺癌（BMBC）肿瘤微环境（TME）中单核细胞来源巨噬细胞（MDMs）的作用机制不清的问题，开发了三维（3D）共培养球体模型，发现BMBC细胞与单核细胞相互作用通过激活MAPK/EMT通路增强癌细胞增殖，诱导M2型巨噬细胞极化及免疫抑制标志物（如PD-L1、CD47）上调，并显著提升对紫杉醇（Paclitaxel）的耐药性。该模型成功模拟了BMBC的促肿瘤、免疫抑制及治疗抵抗特性，为靶向TME的疗法开发提供了新平台。

　　

脑转移性乳腺癌（BMBC）是乳腺癌患者死亡的主要原因之一，尤其在三阴性乳腺癌（TNBC）中发生率最高且预后极差。尽管手术和放疗是当前的主要治疗手段，但BMBC的肿瘤微环境（TME）复杂性阻碍了有效疗法的开发。TME中富含多种免疫细胞，其中单核细胞来源的巨噬细胞（MDMs）占据重要比例，然而它们在BMBC进展和治疗抵抗中的具体作用尚不明确。此外，血脑屏障（BBB）限制了许多化疗药物（如紫杉醇）的颅内递送，即使药物到达病灶，TME的免疫抑制特性也可能削弱其疗效。因此，构建能够模拟BMBC TME的体外模型，解析癌细胞与免疫细胞的相互作用，成为突破治疗瓶颈的关键。

为解决上述问题，美国阿拉巴马大学的研究团队在《npj Breast Cancer》发表研究，开发了一种三维（3D）共培养球体平台，整合了TNBC脑转移细胞系MDA-MB-231Br、患者来源异种移植（PDX）细胞F2-7以及THP1单核细胞，通过多组学分析及功能实验，系统揭示了BMBC TME的促肿瘤、免疫抑制及耐药机制。

关键技术方法

研究通过pHEMA包被的96孔板制备BMBC细胞与单核细胞/巨噬细胞的3D共培养球体，利用免疫荧光、Western blot、qRT-PCR等技术分析细胞增殖（EdU/Ki67标志物）、MAPK/EMT通路蛋白（p-Erk1/2、Vimentin）及免疫标志物（CD163、PD-L1等）表达；通过紫杉醇处理评估球体活力（MTS法）和耐药性；采用荧光标记及吞噬实验验证巨噬细胞功能极化。

多细胞共培养球体模拟促肿瘤微环境

BMBC细胞与单核细胞以1:1比例共培养后，球体形态发生显著变化：MDA-MB-231Br共培养球体出现大量放射状突起，且横截面积增长约1.9倍，而F2-7共培养球体则呈现单核细胞环绕核心的结构及微球体形成。

增殖标志物检测显示，共培养组中EdU（MDA-MB-231Br）和Ki67（F2-7）阳性细胞比例分别提升至29%和40%，显著高于单培养组（20%和27%），表明单核细胞直接促进BMBC细胞增殖。

MAPK/EMT通路激活介导癌细胞恶性表型

共培养条件下，BMBC细胞中磷酸化Erk1/2（p-Erk1/2）水平显著升高，且上皮-间质转化（EMT）标志物Vimentin的蛋白和转录水平均上调。

此外，活性氧（ROS）抑制剂NAC预处理可完全抑制共培养球体的突起形成，提示ROS-MAPK/EMT轴在单核细胞诱导的BMBC表型重塑中起关键作用。

共培养球体呈现免疫抑制及巨噬细胞极化异质性

qRT-PCR分析显示，MDA-MB-231Br共培养球体中M2型巨噬细胞标志物（CD163、CD206、cMyc）及免疫抑制分子（PD-1、PD-L1、CD24/47）显著上调，而M1标志物（HLA-DRA、CD80）无变化。

相比之下，F2-7共培养球体同时上调M1（HLA-DRA、IL-6）和M2（CD163、IL-10）标志物，且免疫抑制分子表达幅度更高（如PD-L1上调22.8倍），反映患者来源细胞诱导的巨噬细胞极化存在异质性。

吞噬实验进一步证实共培养免疫细胞的吞噬活性增强，支持其功能分化。

巨噬细胞直接相互作用增强BMBC治疗抵抗

将BMBC细胞与预极化巨噬细胞（M0/M1/M2）共培养发现，M0和M2巨噬细胞共培养球体横截面积增长更显著（约2.6倍），且Ki67阳性细胞比例升高。

紫杉醇处理后，M2巨噬细胞共培养的BMBC细胞存活率显著高于单培养组，且Ki67阳性细胞比例维持较高水平（MDA-MB-231Br+M2组达35%），表明M2型巨噬细胞通过直接接触赋予BMBC细胞化疗保护作用。

结论与意义

本研究通过3D共培养模型首次系统揭示BMBC TME中癌细胞-单核细胞互作通过激活MAPK/EMT通路和诱导M2型巨噬细胞极化，驱动肿瘤增殖、免疫逃逸及化疗耐药。模型成功捕捉了BMBC TME的核心特征，包括巨噬细胞极化异质性和患者特异性差异，为靶向TME的个体化治疗策略提供了可扩展的平台。未来整合微胶质细胞、星形胶质细胞等脑内固有免疫组分，将进一步提升模型对BMBC病理机制的模拟深度。