ENPP1在HER2阳性乳腺癌脑转移中的作用

学术背景

脑转移（Brain Metastasis, BM）是HER2阳性乳腺癌（HER2+ Breast Cancer, BC）患者中一种严重的神经系统并发症，发生率高达50%。脑转移的形成与肿瘤细胞如何穿过血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）密切相关。BBB是由紧密连接蛋白和黏附连接蛋白组成的特殊内皮细胞屏障，能够阻止大多数分子和细胞进入脑实质。然而，肿瘤细胞通过分泌特定的生物分子破坏BBB的完整性，从而促进脑转移的形成。尽管已有研究表明肿瘤分泌因子在BBB功能障碍中起重要作用，但其早期机制仍不明确。因此，研究HER2+乳腺癌细胞如何通过分泌因子破坏BBB，对于开发预防和治疗脑转移的策略具有重要意义。

论文来源

这篇论文由Liliana Santos、Francesca Tomatis、Hugo R. S. Ferreira等作者共同完成，研究团队来自葡萄牙科英布拉大学医学院、科英布拉临床与生物医学研究所（ICBR）等多个研究机构。论文于2024年8月30日提前发表在Neuro-Oncology期刊上，题为“ENPP1 induces blood–brain barrier dysfunction and promotes brain metastasis formation in human epidermal growth factor receptor 2-positive breast cancer”。

研究流程与结果

1. 研究流程

a) 体外BBB模型与体内预转移模型

研究团队首先构建了体外BBB模型，通过将人脑微血管内皮细胞（Endothelial Cells, ECs）与脑周细胞（Pericytes）共培养，模拟BBB的结构和功能。随后，研究人员使用HER2+乳腺癌细胞系（JIMT-1和SUM190）及其脑转移倾向变体（JIMT-1-Br和SUM190-Br）的分泌组（Secretome, SCR）处理BBB模型，评估其对BBB通透性的影响。同时，研究团队还建立了小鼠体内预转移模型，通过每日腹腔注射SCR或原位植入脑转移倾向细胞，观察BBB的破坏情况。

b) 蛋白质组学分析

为了鉴定导致BBB功能障碍的关键因子，研究人员对JIMT-1-Br和SUM190-Br细胞的分泌组进行了质谱分析，并与亲本细胞进行比较。通过差异表达蛋白（Differentially Expressed Proteins, DEPs）的筛选，研究人员发现了一种名为ENPP1（Ectonucleotide Pyrophosphatase/Phosphodiesterase 1）的蛋白质在脑转移倾向细胞中显著富集。

c) ENPP1的功能验证

为了验证ENPP1在BBB破坏中的作用，研究人员使用ENPP1抑制剂（ENPP1i）处理BBB模型，发现ENPP1i能够有效阻止BBB通透性的增加。此外，研究人员还通过siRNA敲低ENPP1表达，进一步证实了ENPP1在BBB功能障碍中的关键作用。

d) 动物模型验证

研究人员通过CRISPR/Cas9技术构建了ENPP1敲除（KO）的JIMT-1-Br细胞，并将其注射到小鼠体内，观察其对BBB通透性和脑转移形成的影响。结果显示，ENPP1敲除显著减少了脑转移的负担，并延长了小鼠的生存期。

2. 主要结果

a) 分泌组对BBB通透性的影响

体外实验表明，脑转移倾向细胞的分泌组显著增加了BBB的通透性，导致紧密连接蛋白（如ZO-1和Claudin-5）和黏附连接蛋白（如β-catenin）的表达下调。体内实验进一步证实，脑转移倾向细胞的分泌组能够通过系统性释放ENPP1破坏BBB的完整性。

b) ENPP1的作用机制

ENPP1通过抑制胰岛素信号通路及其下游的Akt/GSK3β/β-catenin通路，导致BBB功能障碍。具体而言，ENPP1与胰岛素受体（Insulin Receptor, InsR）结合，抑制Akt的磷酸化，进而抑制GSK3β的活性，最终导致β-catenin的降解和紧密连接蛋白的丢失。

c) ENPP1敲除的效果

ENPP1敲除显著减少了脑转移的形成，并延长了小鼠的生存期。此外，ENPP1敲除还阻止了BBB的破坏，表明ENPP1在脑转移的早期阶段起关键作用。

3. 结论与意义

研究结果表明，ENPP1是HER2+乳腺癌细胞通过BBB并形成脑转移的关键因子。ENPP1通过抑制胰岛素信号通路，破坏BBB的完整性，从而促进肿瘤细胞的脑转移。此外，ENPP1的分泌水平与脑转移负担呈正相关，与患者的总体生存期呈负相关，表明ENPP1可能作为脑转移的早期诊断标志物。

4. 研究亮点

• 创新性发现：首次揭示了ENPP1在BBB破坏和脑转移形成中的关键作用。
• 机制解析：详细阐明了ENPP1通过抑制胰岛素信号通路导致BBB功能障碍的分子机制。
• 临床应用潜力：ENPP1抑制剂可能成为预防或治疗HER2+乳腺癌脑转移的新策略。

5. 其他有价值的信息

研究团队还发现，ENPP1的分泌水平与脑转移负担密切相关，提示ENPP1可能作为脑转移的预后标志物。此外，ENPP1抑制剂在小鼠模型中显示出显著的抗脑转移效果，为未来的临床研究奠定了基础。

总结

这项研究不仅揭示了ENPP1在HER2+乳腺癌脑转移中的关键作用，还为开发新的治疗策略提供了重要的理论依据。通过靶向ENPP1，未来可能有效预防或延缓HER2+乳腺癌患者的脑转移，从而提高患者的生存率和生活质量。