客户案例 | Cell Reports：从临床问题出发，揭示血小板线粒体在骨肉瘤转移过程中的作用

肿瘤转移是恶性肿瘤患者死亡的主要原因，而癌细胞会在转移过程中实现自我进化以适应各种肿瘤微环境。有研究证实，癌细胞通过代谢重编程来生存和转移，糖酵解和相关的乳酸代谢促进癌细胞侵袭和上皮-间充质转化(EMT)程序。血小板是来源于骨髓中成熟巨核细胞的小块细胞质，此前研究表明，血小板在肿瘤的转移过程中扮演着“帮凶”的角色。

2023年9月，浙江大学医学院附属第二医院叶招明教授团队联合上海交通大学医学院附属第六人民医院高俊杰副研究员和张长青教授在Cell子刊 Cell Reports（IF=8.8）杂志在线发表题为“Cancer cells reprogram to metastatic state through the acquisition of platelet mitochondria” 的研究论文，揭示了血小板线粒体在肿瘤细胞转移过程中的重要作用，肿瘤细胞通过PINK1-PARKIN-MFN2途径获得血小板线粒体，从而被重编程为转移状态。转运的的血小板线粒体驱动肿瘤细胞能量代谢向糖酵解的方向偏移和ROS减少。本研究提示靶向血小板线粒体或是一种治疗癌症转移的潜在方法。（麦特绘谱提供LC-MS非靶向代谢组学检测服务）

血小板在骨肉瘤进展中的作用

首先通过分离到的血小板与骨肉瘤细胞共培养，结果表明血小板与肿瘤细胞之间存在直接的相互作用。随后验证血小板的体内作用，研究人员发现外源性补充血小板对原发肿瘤生长没有显著影响，接下来通过建立小鼠同种异体移植肿瘤模型发现，血小板会使骨肉瘤细胞舍弃部分增殖作用来展现出更强的远处转移倾向。

图1. 血小板抑制骨肉瘤生长并促进肺转移

肿瘤细胞获取血小板线粒体

由于肿瘤细胞通过获取外源线粒体来改变细胞代谢活性，研究人员进一步探究骨肉瘤细胞是否从血小板获取线粒体，从而改变其代谢状态。首先将分离得到的荧光标记的血小板线粒体与骨肉瘤细胞共培养后发现携带该荧光标记的细胞比例增加，证实了血小板线粒体向肿瘤细胞内转移。进一步利用血小板特异性线粒体标记小鼠(PF4CremtDendra2flox)和共聚焦成像技术也证实体内血小板线粒体会被肿瘤细胞所捕获。

图2. 肿瘤细胞获取血小板线粒体

抑制血小板线粒体功能会阻断肿瘤转移

通过鱼藤酮(ROT)和抗霉素A (AA)阻断血小板线粒体的呼吸功能，体外共培养试验表明，抑制线粒体不影响转移过程，但肿瘤细胞从血小板中获得了更多功能失调的线粒体。有趣的是，线粒体呼吸受损的血小板具有更大的抗增殖作用，并且给予A/R处理的血小板的小鼠原发肿瘤的重量显著降低。此外，A/R处理降低了前述间充质相关标志物的表达水平，抵消了血小板在促进肿瘤细胞迁移和侵袭中的作用。体内试验进一步证实A/R处理抑制血小板线粒体限制了原发肿瘤的生长，阻断了血小板介导的转移。

图3. 抑制血小板线粒体功能阻断肿瘤细胞转移

机制探究

Mitofusin 2 (Mfn2)被认为是一种轴突线粒体运输所必需的GTPase，该团队此前研究表明Mfn2介导了骨细胞之间的线粒体转运。本研究利用PINK1/Parkin/Mfn2敲除的小鼠模型证实了Mfn2参与调控转移过程，阐明了该线粒体网络调控途径在血小板线粒体的转移过程中的作用。

血小板处理的骨肉瘤细胞呼吸受损，RNA-seq和细胞糖酵解活性分析结果与之一致。A/R处理抑制血小板线粒体功能后，正常血小板对肿瘤细胞氧化磷酸化的抑制作用和对有氧糖酵解的促进作用被消除，表明血小板线粒体改变了肿瘤细胞中氧化磷酸化和有氧糖酵解之间的平衡。

图4. 线粒体捕获驱动代谢向糖酵解转变

对细胞进行代谢组学分析发现，血小板处理组氧化谷胱甘肽（GSSG）水平升高，谷胱甘肽过氧化物酶8 (GPX8)的表达增强，谷胱甘肽、β-丙氨酸和天冬氨酸代谢途径显著上调。血小板孵育诱导肿瘤细胞中NAPDH/NADP+比值和GSSG水平升高，当血小板缺乏线粒体转移调节蛋白时，这一现象被消除，表明这种从血小板到肿瘤细胞的线粒体转移会引发GSH/GSSG失衡，帮助循环肿瘤细胞适应血液循环中的氧化应激。

图5. 运输的血小板线粒体启动氧化谷胱甘肽积累和肿瘤转移

小结

综上所述，本研究从临床问题出发，揭示了骨肉瘤早期转移过程中肿瘤在免疫微环境中代谢重编的病理过程，并提出抗血小板线粒体治疗能削弱肿瘤的远处转移能力，对患者的生存预后具有重要意义，为后续的临床转化提供了理论依据。

图6. 研究概况

原文链接

Zhang et al. Cancer cells reprogram to metastatic state through the acquisition of platelet mitochondria. Cell Reports. 2023.

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