基于同步辐射荧光成像技术研究人三阴性乳腺癌细胞异常铁代谢调控机制

Due to its high incidence, high local recurrence and distal metastasis, significant attention has been paid in three negative breast cancer. Our previous works studied the distribution of iron in human and mouse source three negative breast cancer tissue using synchrotron radiation fluorescence imaging at SSRF; and the relationship between iron and migration of human three negative breast cancer cells. The results indicated that iron was involved in malignant development of three negative breast cancer. At the same time, we found that three negative breast cancer cells had different levels of iron metabolism compared to more weak invasive breast cancer cells, but the regulatory mechanism of iron metabolism in three negative breast cancer cells is not clear. This study will apply synchrotron radiation fluorescence imaging with the advantage of high resolution, high sensitivity and visual display of multi-elements distribution in the establishment of imaging method for subcellular localization of protein and elements distribution; exploration of iron uptake pathway, iron transport, storage and utilization in three negative breast cancer cells; elucidating the regulatory mechanism of iron metabolism in three negative breast cancer cells. Our study will provide the theory basis of the development of novel breast cancer treatment strategies, further promote the research on medical application of synchrotron radiation imaging.

三阴性乳腺癌由于其发病率高、局部复发和远端高转移，受到重视。我们前期工作在上海光源应用同步辐射荧光成像技术研究铁在人和鼠源三阴性乳腺癌组织的分布;以及铁与三阴性人乳腺癌细胞迁移的关系，提示铁参与了三阴性乳腺癌的恶性发展，同时发现三阴性乳腺癌细胞较侵袭性弱的乳腺癌细胞具有不同的铁代谢水平，但三阴性乳腺癌细胞铁代谢机制尚不清楚。本研究将应用同步辐射荧光成像技术具有高分辨率、高灵敏度、直观显示多种元素分布的优势，建立同步辐射X射线荧光成像技术亚细胞定位元素与蛋白分布的方法；探索三阴性乳腺癌细胞铁摄取途径、细胞内铁转运、储存及利用规律；阐明三阴性乳腺癌细胞铁代谢调控机制。我们的研究将为发展新型乳腺癌治疗策略提供理论基础,进一步推动同步辐射影像的医学应用研究。

铁螯合剂去铁胺（DFO）可以螯合细胞内的铁，通常用于治疗铁超载疾病，包括癌症。但是我们之前研究发现在DFO诱导的缺铁条件下，会引起三阴性乳腺癌细胞 ( triple-negative breast cancer cells, TNBCs ) 内铁含量增加，并促进细胞的迁移。但在缺铁条件下TNBCs获取铁及利用铁的机制目前尚不明确。.通过本项目的研究，我们发现DFO处理细胞后，TNBCs细胞膜铁吸收相关蛋白DMT1和TfR1的表达升高。此外，在DFO诱导的缺铁条件下，TNBCs内铁含量的增加与细胞膜上TfR1和DMT1蛋白表达相关。DFO可以促进侵袭性三阴性乳腺癌MDA-MB-231细胞分泌IL-6，激活IL6/PI3K/AKT信号通路，上调TfR1和DMT1蛋白表达，进而增加TNBCs的铁吸收。.在DFO诱导的缺铁条件下，三阴性乳腺癌MDA-MB-231细胞增加的铁主要分布在线粒体，线粒体铁代谢增强。抑制自噬中断细胞内铁循环，削弱了 DFO诱导的MDA-MB-231细胞线粒体铁含量增加，进而抑制了DFO诱导的细胞迁移。同时， DFO诱导三阴性乳腺癌MDA-MB-231和ER阳性乳腺癌MCF-7细胞内ROS和线粒体ROS含量增加。三阴性乳腺癌内ROS增加可能与细胞内铁含量增加相关，而ER阳性乳腺癌细胞内ROS增加可能与细胞内铁含量减少相关。 DFO诱导的细胞内ROS和线粒体ROS对不同表型的乳腺癌细胞作用不同：在ER阳性乳腺癌MCF-7细胞中，ROS抑制细胞活性并促进细胞凋亡；而在三阴性乳腺癌MDA-MB-231细胞中，ROS维持细胞活性并通过ROS/NF-кB和ROS/TGF-β信号通路促进三阴性乳腺癌细胞迁移。.本项目证实了在DFO诱导的缺铁条件下，三阴性乳腺癌细胞IL-6/PI3K/AKT/IRP信号通路会被激活，促进细胞膜铁吸收相关蛋白表达，增加细胞内的铁含量，增加的铁主要在线粒体中聚集。DFO诱导产生的细胞内ROS和线粒体ROS激活三阴性乳腺癌细胞内NF-кB和TGF-β信号通路以增强细胞迁移。通过本项目的研究从改变三阴性乳腺癌细胞的铁代谢的角度，为肿瘤治疗提供了新的思路。.