多发性骨髓瘤细胞在脂肪细胞中诱导脂肪分解并通过脂肪酸转运蛋白摄取脂肪酸

多发性骨髓瘤（MM）高度依赖于肿瘤微环境（TME）。骨髓（BM）中浆细胞的克隆扩增受 BM TME 调控，并影响治疗方法的开始、进展、存活。BM 脂肪细胞（BMads）占典型 MM 患者 BM 体积的 70%，尽管是 TME 的重要组成部分，但它们在 MM 发病机制和进展中的具体作用仍然很大程度上未知。

肿瘤相关脂肪细胞（CAA）已被证明通过以下方式支持实体瘤进展：1）分泌脂肪因子；2）肿瘤细胞与 CAA 之间的协同代谢重编程；3）调节 TME，例如通过程序性细胞死亡配体1（PD-L1）的过表达抑制 T 细胞。高增殖性肿瘤细胞具有增强的代谢需求，触发替代代谢途径，包括糖酵解和脂肪酸（FA）氧化。脂肪细胞主要储存和释放游离脂肪酸（FFAs）以支持局部和全身代谢需求。CAA 通过 FFAs 为恶性细胞提供代谢生态位。与 CAA 一样，BMAds 通过分泌脂肪酸伴侣蛋白 FABP4 或通过细胞间通讯蛋白的调节，被认为支持了源自或归位于 BMAds 的肿瘤，如转移性前列腺癌和乳腺癌细胞或急性髓系白血病（AML）。

在 MM 患者中，肥胖引起的 BMAd 数量和体积增加与发生骨髓瘤的风险增加有关。BMAd 和 MM 细胞相互作用所涉及的复杂机制是当前研究的热点。体外共培养表明，前体脂肪细胞通过激活 Wnt 信号传导促进 MM 细胞的趋化性，而成熟脂肪细胞通过激活 ERK 信号传导促进 MM 细胞增殖。体内研究表明，MM 细胞通过减少 BMAds 分泌抑制肿瘤的脂联素来促进其进展。

美国马萨诸塞州总医院癌症中心、骨髓移植和细胞治疗肿瘤科的一项研究中使用来自患者的细胞以及体外和体内模型来证明 MM 细胞在 BMAds 中诱导脂肪分解，然后释放的 FFAs 通过 FA 转运蛋白（FATPs）被 MM 细胞吸收。抑制 BMAd 脂解或 FFA 转运蛋白进入 MM 细胞可能是预防 MM 进展的潜在新策略。

MM 细胞在脂肪细胞中诱导脂肪分解

实验注意到在人和鼠 MM 细胞的共培养物中脂肪细胞含有较小的脂滴。为了探索这一点，成熟的 OP9 脂肪细胞与鼠骨髓瘤细胞系 5TGM1 或人骨髓瘤细胞系 OPM2 MM 细胞共培养 24 小时。数据显示，与单独使用 OP9 相比，LipidTOX 染色的脂滴大小分布减少（图1 A-B）。鉴于脂肪细胞为增加局部或全身能量需求提供储存的 FA，实验假设脂滴大小的减少是由于脂肪细胞中 MM 诱导的脂肪分解。

在脂肪分解过程中，各种脂肪酶将储存的甘油三酯水解成 FFA 和甘油。因此接下来，通过甘油分泌评估脂肪分解。数据证实，有或没有合成儿茶酚胺异丙肾上腺素的 5TGM1 细胞中甘油分泌可忽略不计，表明甘油三酯储存不足（图1 C）。相比之下，成熟的 OP9 具有基线甘油生成，在异丙肾上腺素处理后增加了4倍，在 5TGM1 MM 细胞存在下增加了3倍。在异丙肾上腺素存在下，OP9 脂肪细胞中 5TGM1 诱导的脂解作用进一步增加。OP9 脂肪细胞与其他最常用的人类 MM 细胞系 MM.1S、INA6、KMS-12 和 OPM2 共培养，也使脂肪分解增加了4倍（图1 D）。

这些数据表明，MM细胞在脂肪细胞中诱导脂肪分解。

图1 MM 细胞在脂肪细胞中诱导脂肪分解。

MM 细胞摄取脂肪细胞分泌的 FFA

鉴于与脂肪细胞相比，MM 细胞的细胞内脂质储存可忽略不计（图1 C），因此假设由于 MM 诱导的脂肪分解，脂肪细胞释放的 FFAs 被 MM 细胞吸收用于代谢重编程。将小鼠 5TGM1 和人源 OPM2 MM 细胞暴露于荧光标记的 FA。BODIPY FL C₁₂ 和 BODIPY FL C₁₆ 分别是 BODIPY 荧光团标记的 12 碳和 16 碳长链脂肪酸。与天然脂质一样，这些化合物通过 FA 转运蛋白穿过细胞膜。BODIPY FL C₁₂ 和 BODIPY FL C₁₆ 都被转运到 OPM2 和 5TGM1 MM 细胞中（图2 A），表明 FA 转运的细胞机制存在于 MM 细胞中。

为了评估 FA 摄取率，5TGM1 和 OPM2 细胞被血清饥饿，然后与 BODIPY FL C₁₂ 一起孵育。流式细胞仪评估显示，MM 细胞中 BODIPY FL C₁₂ 信号呈时间依赖性增加（图2 B）。动力学分析显示，5TGM1、MM.1S、RPMI-8266 和 U266 MM 细胞快速摄取 FA（图2 C）。这种 FA 摄取在 10 分钟内饱和，表明 MM 细胞具有有效的 FA 转运蛋白。

接下来评估了脂肪细胞分泌的 FFAs 是否直接被 MM 细胞吸收。通过流式细胞术跟踪 LipidTOX Deep Red 标记的脂质从脂肪细胞到 MM 细胞的转移。与未染色的细胞相比，LipidTOX 对 5TGM1 和 OPM2 MM 细胞的染色显示，LipidTOX 强度适度增加（图2 D），表明MM细胞胞内有少量脂质沉积。未染色的 MM 细胞与 LipidTOX 标记的 OP9 成熟脂肪细胞在悬浮或贴壁状态下共培养 24 小时，显示 MM 细胞中 LipidTOX 信号显著增加。与未处理的 OP9 细胞相比，在与 5TGM1 或 OPM2 MM 细胞共培养之前，向 LipidTOX 标记的 OP9 成熟细胞添加阿昔莫司（一种小分子脂解抑制剂）可降低 MM 细胞中的 LipidTOX 信号（图2 E）。

这些数据表明，脂解诱导的 FFAs 在细胞内转移到 MM 细胞中，并可能改变 MM 细胞中的 FA 代谢。

图2 脂肪细胞分泌的 FAs直接被骨髓瘤细胞吸收。

骨髓瘤细胞通过 FATPs 而不是 CD36 摄取长链 FFAs

FFAs 通过 FATP 或 CD36 受体转运到细胞中。人体细胞有 6 种 FATP 异构体：FATP1 到 FATP6。对来自 ONCOMINE 数据库的 21 个人 MM 细胞系的聚集基因表达模式进行分析表明，FATP1 和 FATP4 在人 MM 细胞中稳定表达（图3 A）。对 5TGM1、OPM2、H929 和 MM.1S、MM 细胞的实时 PCR 分析表明，FATP4 在所有细胞系中始终以高水平表达（图3 B）。在来自 MM 患者的样本中，CD138⁺ MM 细胞和 CD138^- B 细胞均表达高水平的 FATP1 和 FATP4，而在直系胞系 T 细胞中几乎没有表达（图3 C）。FATPs 在细胞表面和细胞内空间均高水平表达（图3 D），表明 FATPs 在 MM 细胞的细胞内和细胞表面位置之间穿梭以响应细胞外 FFAs。

在 Lipofermata （一种 FATP 的药理学小分子抑制剂）存在下，5TGM1 或 OPM2 细胞对 BODIPY FL C₁₂ 和 BODIPY FL C₁₆ 的摄取显著降低（图3 E）。

图3 骨髓瘤细胞通过 FATPs 摄取长链 FFAs。

低 FA 摄取促进增殖，而高 FA 摄取导致脂肪毒性，表明双峰细胞效应

在各种 FAs 中，多不饱和脂肪酸已被证明可以调节癌症风险和进展。具体来说，花生四烯酸（AA，是一种ω-6多不饱和脂肪酸）一旦从磷脂细胞膜中释放出来，就会通过环氧合酶、脂氧合酶（LOX）和细胞色素 P450 途径产生多种生物活性代谢物。与 HD 相比，冒烟型MM（SMM）、新诊断MM（NDMM）和复发/难治型MM（RRMM）患者的 BM 抽吸物中 AA 水平显著降低（图4 A）。为了确定 AA 对 MM 细胞的影响，5TGM1 细胞用增加浓度（0.125-100 µM）的 AA 处理。与对照相比，低剂量的 AA （0.125-2 µM）增加了 MM 细胞的增殖和活力（图4 B-C）。相比之下，高剂量的 AA （25-100 µM）显著降低了 MM 细胞的增殖和活力，表明 AA 对 MM 细胞具有双峰细胞效应。这些作用是 AA 特有的，因为 AA 的前体亚油酸不影响 MM 增殖（图4 D）或活力。与 5TGM1 小鼠细胞类似，人 MM.1S、H929 和 U266 MM 细胞在 AA 浓度较高时增殖能力也显著下降（图4 E）。AA 为细胞功能提供活性代谢物，但也可以通过氧自由基的过氧化作用损害细胞。对脂质过氧化传感器 BODIPY-11C 的流式细胞术评估表明，与对照相比，AA 50 µM 增加了 MM 细胞中的脂质过氧化（图4 F）。

基于体外研究，实验假设 AA 的瘤周递送可能会减少 MM 肿瘤负担。为了验证这一理论，使用 MM.1S 细胞在 SCID 小鼠中生成了浆细胞瘤模型。小鼠接受了 AA 的瘤周递送治疗。AA处理显著减小了肿瘤体积（图4 G）。安乐死时肿瘤的免疫组织化学染色显示 Ki67 增殖标志物减少（图4 H）。

为了确定凋亡诱导 AA 信号通路的潜在机制，使用每个信号通路中的特异性抑制剂，包括布洛芬（环氧合酶抑制剂）、黄芩素（12-LOX 抑制剂）、BW B70C（5,15-LOX 抑制剂）、1-氨基苯并三唑（细胞色素 P450 抑制剂）和 Ferrostatin（铁死亡/脂质过氧化抑制剂）。ferrostatin 处理完全挽救了 AA 诱导的细胞凋亡（图4 I）并抑制 MM.1S 和 H929 细胞的增殖。铁死亡细胞坏死是脂质过氧化物积累的结果，通常可以通过谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）来预防。因此，研究了 AA 对 GPX4 的作用，发现所有 MM 细胞系在暴露于 AA 时都部分或完全丧失了 GPX4 的表达，而当与 ferrostatin 共同处理时，这种作用完全被消除（图4 J）。

图4 较低的 FA 摄取促进增殖，而较高的 FA 摄取通过铁死亡途径导致脂毒性。

图5 图形概要

总之，该研究表明，MM 细胞首先通过诱导脂肪细胞中的脂肪分解然后通过 FATPs 摄取 FFA 来确保 FFA 能量供应。靶向 BMAds 以减少脂肪生成和脂肪分解并靶向 MM 细胞以抑制 FATP 介导的 FFA 摄取或调节 AA 启动的信号传导可能帮助 MM 患者的肿瘤负荷减轻和治疗进展。

参考文献：Panaroni C, Fulzele K, Mori T, Siu KT, Onyewadume C, Maebius A, Raje N. Multiple myeloma cells induce lipolysis in adipocytes and uptake fatty acids through fatty acid transporter proteins. Blood. 2022 Feb 10;139(6):876-888. doi: 10.1182/blood.2021013832. PMID: 34662370; PMCID: PMC8832479.

原文链接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/34662370/

图片来源：所有图片均来源于参考文献

小编旨在分享、学习、交流生物科学等领域的研究进展。如有侵权或引文不当请联系小编修正。

微信搜索公众号“Naturethink”，学习更多细胞共培养技术及应用！