根据世界卫生组织最近的统计数据，在过去五年中，女性报告了780万例乳腺癌病例，使其成为全球最常见的癌症。大量研究表明，肥胖是乳腺癌的重要危险因素，因此探索肥胖条件下促进乳腺癌进程的新机制和制定肥胖相关乳腺癌治疗策略十分关键。近期，香港浸会大学中医药学院关晓仪、吕爱平团队在国际学术期刊《Nature Communications》（IF=14.7）发表题名为“Elevated extracellular matrix protein 1 in circulating extracellular vesicles supports breast cancer progression under obesity conditions”的创新研究成果。研究团队对肥胖状态下小鼠和人类的循环细胞外囊泡（sEVs）进行了蛋白质组学分析，（此研究中的外泌体蛋白组学由华盈生物提供协助）。结果发现了细胞外基质蛋白1（ECM1）在sEVs中的水平显著升高，并且这种升高依赖于整合素β2。研究揭示了在肥胖条件下，sEVs中的ECM1能够被乳腺癌细胞摄取，导致癌细胞分泌更多ECM1，进而促进了癌细胞的侵袭和迁移能力。此外，通过基因敲除Rab27a的小鼠模型，证实了sEVs在肥胖相关乳腺癌生长和转移中的关键作用。这些发现不仅阐明了肥胖促进乳腺癌进展的新机制，也为开发基于sEVs的治疗策略提供了新的视角和潜在靶点。

研究者首先分析了超重人群OB组和正常体重人群NC组中sEVs的蛋白质表达差异。发现在肥胖或超重的患者中，sEVs有86种蛋白质上调和15种蛋白质下调（图1a）。KEGG通路分析显示这些差异蛋白主要参与补体和凝血级联反应、细菌感染和ECM-受体相互作用（图1b）。在小鼠模型中，研究者也观察到了类似的结果。高脂饮食诱导的肥胖（DIO）小鼠与正常饮食（CD）的小鼠相比，DIO小鼠的sEVs中ECM1蛋白水平显著更高（图1d）。GO分析揭示了这些蛋白主要参与分子结合这一生物学过程。这些证据为进一步研究肥胖、sEVs和乳腺癌之间的关系奠定了基础。

图1 肥胖会增加超重人群和高脂饮食诱导的肥胖DIO小鼠模型的循环sEVs中 ECM1 蛋白的水平

通过蛋白质组学分析，研究者还发现在肥胖条件下，循环sEVs中的整合素β2蛋白水平显著上升。于是作者利用整合素β2敲低的RAW264.7细胞作为模型（图2a），纯化了这些细胞释放的sEVs，并进行了相关实验。研究发现，整合素β2的敲低减少了sEVs中ECM1蛋白的水平（图2b）。此外，过表达整合素β2并没有显著改变巨噬细胞内ECM1蛋白的水平（图2c），但显著增加了sEVs中ECM1和整合素β2蛋白的水平（图2d）。同时，肥胖条件下单核细胞和脂肪细胞中整合素β2蛋白水平也会升高（图2e-f）。这些发现表明，整合素β2在调控ECM1蛋白装载到sEVs中起着关键作用，而单核细胞和脂肪细胞可能作为释放ECM1蛋白的sEVs的潜在供体细胞。

图2 ECM1蛋白装载到sEVs与整合素β2相关

图3 循环sEVs向癌细胞传递ECM1蛋白来促进癌细胞的侵袭和迁移

研究者将ECM1蛋白装载到来自正常饮食小鼠的sEVs中，即ECM-sEVs，来模拟肥胖条件下sEVs中ECM1水平升高的情况。作者使用了B6/J-Rab27a-Cas9-KO小鼠，这种小鼠不能分泌sEVs。同时将E0771乳腺癌细胞植入这些小鼠体内，建立了乳腺癌小鼠模型。研究者将分离得到的D-sEVs、C-sEVs和ECM-sEVs分别注入B6/J-Rab27a-Cas9-KO小鼠体内。与注射C-sEVs的小鼠相比，注射D-sEVs或ECM-sEVs的小鼠肿瘤组织中的ECM1、MMP3和S100A/B蛋白水平显著升高（图4a）。这表明sEVs中的ECM1能够促进肿瘤中这些蛋白的表达，注射D-sEVs或ECM-sEVs的小鼠肿瘤生长更快，肿瘤重量更重，并且肺部转移情况更为严重，这与蛋白表达水平的变化相一致（图4b-c）。这些结果表明，sEVs中的ECM1蛋白在乳腺癌的生长和转移中发挥了重要作用。

图4 sEVs中的ECM1在增强乳腺癌生长和转移中发挥作用

本文通过临床样本和动物模型研究发现，在肥胖条件下，循环细胞外囊泡（sEVs）中的细胞外基质蛋白1（ECM1）水平显著升高，并且与整合素β2的表达密切相关。肥胖小鼠模型的sEVs能够向乳腺癌细胞传递更多的ECM1，促进癌细胞分泌更多ECM1，从而增强了癌细胞的侵袭和迁移能力。此外，通过基因敲除技术证实了Rab27a在sEVs分泌中的关键作用，而Rab27a基因敲除小鼠模型显示肥胖并未增加癌症生长和转移。研究还发现，通过尾静脉注射来自高脂饮食喂养小鼠的sEVs（H-sEVs）能够显著增加肿瘤中ECM1的水平，促进肿瘤生长和转移。这些发现揭示了sEVs在肥胖相关乳腺癌中的重要作用，并为开发基于sEVs的治疗策略提供了新的视角和潜在靶点。

Xu K, Fu A, Li Z, Miao L, Lou Z, Jiang K, et al. Elevated extracellular matrix protein 1 in circulating extracellular vesicles supports breast cancer progression under obesity conditions. Nat Commun. 2024 Feb 24;15(1):1685.