Hypoxia-inducible factor-1alpha and vascular endothelial growth factor expression in circulating tumor cells of breast cancer patients

乳腺癌患者循环肿瘤细胞中缺氧诱导因子-1α和血管内皮生长因子的表达

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作者:Galatea Kallergi, Harris Markomanolaki, Vicky Giannoukaraki, Maria A Papadaki, Areti Strati, Evi S Lianidou, Vassilis Georgoulias, Dimitris Mavroudis, Sofia Agelaki

Conclusions

The expression of pFAK, HIF-1alpha, VEGF and VEGF2 in CTCs of patients with metastatic breast cancer could explain the metastatic potential of these cells and may provide a therapeutic target for their elimination.

Methods

The expression of cytokeratins (CK), VEGF, vascular endothelial growth factor receptor-2 (VEGF2), HIF-1alpha and phosphorylated-focal adhesion kinase (pFAK) in CTCs from 34 patients with metastatic breast cancer who had detectable CK-19 mRNA-positive CTCs was assessed using double staining experiments and confocal laser scanning microscopy. Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were stained with a monoclonal A45-B/B3 pancytokeratin antibody in combination with either VEGF or VEGFR2 or HIF-1alpha or pFAK antibodies, respectively.

Results

pFAK expression in circulating tumor cells was detected in 92% of patients whereas expression of VEGF, VEGF2 and HIF-1alpha was observed in 62%, 47% and 76% of patients, respectively. VEGF, VEGF2, HIF-1alpha and pFAK were expressed in 73%, 71%, 56% and 81%, respectively, of all the detected CTCs. Vascular endothelial growth mRNA was also detected by quantitative real-time RT-PCR in immunomagnetically-separated CTCs. Double and triple staining experiments in cytospins of immunomagnetically-isolated CTCs showed that VEGF co-expressed with HIF-1alpha and VEGF2. Conclusions: The expression of pFAK, HIF-1alpha, VEGF and VEGF2 in CTCs of patients with metastatic breast cancer could explain the metastatic potential of these cells and may provide a therapeutic target for their elimination.

文献解析

1. 文献背景信息

  • ​标题/作者/期刊/年份​​:

    • 标题:Hypoxia-inducible factor-1alpha and vascular endothelial growth factor expression in circulating tumor cells of breast cancer patients

    • 作者:Galatea Kallergi等

    • 期刊:Breast Cancer Research(2009年,IF=6.100)

    • ​权威性与时效性​​:期刊影响因子较高,但发表年份较早(2009年),需结合后续研究验证结论的普适性。

  • ​研究领域与背景​​:

    • ​分支领域​​:肿瘤转移机制,聚焦循环肿瘤细胞(CTCs)的分子特征与血管生成调控。

    • ​研究现状​​:2000年代初期,CTCs作为转移"种子"的假说兴起,但其存活、定植的分子机制尚不明确,尤其是缺氧微环境(HIF-1α)与血管生成(VEGF)的关联存在争议。

  • ​研究动机​​:

    • 填补空白:首次在乳腺癌患者CTCs中同步检测HIF-1α、VEGF/VEGFR2及pFAK(黏附激酶)的表达,探索这些分子如何协同促进CTCs的转移潜能。

2. 研究问题与假设

  • ​核心问题​​:CTCs是否通过表达HIF-1α和VEGF/VEGFR2来适应缺氧微环境并增强转移能力?

  • ​假设​​:转移性乳腺癌患者的CTCs高表达HIF-1α、VEGF/VEGFR2及pFAK,这些分子共同驱动CTCs的存活、血管侵袭和远处定植。

3. 研究方法学与技术路线

  • ​实验设计​​:观察性研究(34例转移性乳腺癌患者,CTCs阳性队列)。

  • ​关键技术​​:

    • CTCs检测:免疫磁珠分离+CK-19 mRNA定量PCR初筛。

    • 多重染色:免疫荧光(A45-B/B3 pan-CK抗体联合VEGF/VEGFR2/HIF-1α/pFAK抗体)+共聚焦显微镜成像。

    • 验证:qRT-PCR检测免疫分选CTCs中的VEGF mRNA。

  • ​创新方法​​:

    • 首次在CTCs中实现HIF-1α与VEGF/VEGFR2的共定位分析,结合pFAK(转移相关激酶)探索多分子协同机制。

4. 结果与数据解析

  • ​主要发现​​:

    • ​表达频率​​:92%患者CTCs表达pFAK(黏附信号),76%表达HIF-1α(缺氧响应),62%表达VEGF(血管生成),47%表达VEGFR2。

    • ​共表达模式​​:三重染色显示VEGF与HIF-1α/VEGFR2共定位,提示缺氧微环境直接激活CTCs的血管生成程序。

    • ​功能关联​​:pFAK高表达(81% CTCs)可能通过增强细胞-基质黏附促进转移定植。

  • ​数据验证​​:qRT-PCR在免疫分选CTCs中检出VEGF mRNA,支持蛋白水平结果。

  • ​局限性​​:

    • 样本量小(n=34),且仅限转移性乳腺癌,未纳入早期患者或健康对照。

    • 未进行功能实验(如基因敲除验证分子必要性)。

5. 讨论与机制阐释

  • ​机制模型​​:

    • 缺氧(HIF-1α↑)→ VEGF/VEGFR2↑ → 自分泌/旁分泌血管生成信号 → CTCs存活+内皮侵袭。

    • pFAK↑ → 增强CTCs与血管内皮/胞外基质的黏附 → 促进远处器官滞留。

  • ​与既往研究对比​​:

    • 支持缺氧驱动CTCs适应性的假说(与实体瘤中HIF-1α作用一致),但首次在CTCs中证实多分子共表达。

  • ​未解决问题​​:

    • HIF-1α/VEGF通路是否为CTCs转移的充分条件?

    • 靶向这些分子能否清除CTCs?需动物模型验证。

6. 创新点与学术贡献

  • ​理论创新​​:提出CTCs通过"缺氧感应-血管生成-黏附增强"三位一体机制促进转移。

  • ​技术贡献​​:建立CTCs多分子共表达分析流程,为后续单细胞测序研究提供基础。

  • ​实际价值​​:提示HIF-1α/VEGF/pFAK可作为CTC靶向治疗的联合靶点(如抗血管药物+FAK抑制剂)。

总结

该研究是早期探索CTCs分子特征的标志性工作,揭示了缺氧微环境与血管生成信号在CTC转移中的关键作用,但需结合近年单细胞技术(如空间转录组)进一步验证其普适性。

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