白细胞介素-1β介导IGF1驱动的三阴性乳腺癌促肿瘤微环境形成
Domenica Scordamaglia, Marianna Talia, Francesca Cirillo, Azzurra Zicarelli, Adelina Assunta Mondino, Salvatore De Rosis, Marika Di Dio, Francesca Silvestri, Chiara Meliti, Anna Maria Miglietta, Carlo Capalbo, Ernestina Marianna De Francesco, Antonino Belfiore, Marcello Maggiolini, Rosamaria Lappano | Journal of Translational Medicine 2025 | 10.1186/s12967-025-06730-w
标签: #三阴性乳腺癌 #肥胖相关肿瘤 #IGF1信号通路 #IL-1β #肿瘤微环境 #3D培养模型
一、做什么 🔬
研究背景：肥胖患者体内胰岛素样生长因子1（IGF1）生物利用度显著升高，与三阴性乳腺癌（TNBC）的侵袭性进展密切相关，但IGF1如何重塑肿瘤微环境的具体分子路径尚未阐明。肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）与炎症因子网络在肥胖相关乳腺癌进展中发挥核心作用，其中白细胞介素-1β（IL-1β）被证实可驱动免疫抑制与血管生成。明确IGF1诱导IL-1β分泌及其对TNBC细胞与基质细胞的双向调控机制，是突破肥胖型TNBC治疗瓶颈的关键。
核心问题：
- 能否阐明IGF1如何通过特定受体轴诱导TNBC细胞合成并分泌IL-1β？
- IL-1β如何以自分泌方式调控TNBC细胞的增殖与迁移表型？
- IGF1诱导的IL-1β能否将正常成纤维细胞重编程为CAFs样细胞并反哺肿瘤进展？
研究模型：TNBC细胞系（MDA-MB-231/MDA-MB-436）、人胚肺成纤维细胞（WI-38）、2D单层培养、3D基质胶侵袭模型及海藻酸钠微球生物反应器共培养体系。
技术路线：
- ChIP与启动子结合分析：验证GPER转录因子对IL-1β启动子区域的直接结合
- 多靶点抑制剂干预：使用OSI-906（IGF1R抑制剂）、DDR1-IN-1（DDR1抑制剂）、raleukin（IL1R1拮抗剂）进行通路阻断
- 2D/3D功能学检测：CCK-8增殖、Transwell迁移、Matrigel侵袭及3D球体生长测定
- 条件培养基重编程实验：收集IGF1处理后的TNBC细胞上清，诱导正常成纤维细胞向CAFs样表型转化
- TCGA临床队列生信分析：关联IGF1R/DDR1/GPER/IL1B表达谱与TNBC患者无病生存期（DFI）
二、发现什么 📊
核心发现1：IGF1通过IGF1R/DDR1/GPER轴直接上调IL-1β转录与分泌
图1：50 ng/ml IGF1处理4小时后，TNBC细胞IL-1β mRNA表达量提升至对照组的3.4倍（p<0.001），ELISA检测上清IL-1β蛋白浓度由基线12.5 pg/ml升至41.8 pg/ml。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 在MDA-MB-231/MDA-MB-436细胞中加入50 ng/ml IGF1处理4小时，同步使用5 μM OSI-906（IGF1R抑制剂）或2 μM DDR1-IN-1（DDR1抑制剂）预处理，通过qPCR与ELISA定量IL-1β转录本与分泌蛋白 |
| 发现什么 | IGF1单独处理使IL-1β mRNA上调3.4倍（p<0.001），上清蛋白浓度达41.8 pg/ml；联合OSI-906或DDR1-IN-1后，mRNA水平回落至对照组的1.1倍（p>0.05），蛋白分泌量降至14.2 pg/ml |
| 说明什么 | 证实IGF1诱导IL-1β表达严格依赖IGF1R与DDR1的级联激活，排除了旁路代偿可能，确立了上游受体轴对炎症因子转录的直接控制权 |
核心发现2：GPER直接结合IL-1β启动子并驱动c-fos依赖性转录
图2：ChIP-qPCR显示GPER在IL-1β启动子-185至-160 bp区域富集度达Input的6.8倍（p<0.001），GPER敲低使c-fos表达量下降至对照组的35%（p<0.01）。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 采用染色质免疫沉淀（ChIP）技术，使用抗GPER抗体富集IGF1处理后的染色质片段，针对IL-1β启动子区域设计引物进行qPCR；同步构建GPER siRNA敲低模型检测下游c-fos表达 |
| 发现什么 | GPER在IL-1β启动子特定区域富集度达Input的6.8倍（p<0.001）；GPER敲低后，IGF1诱导的c-fos蛋白表达量降至对照组的35%（p<0.01），IL-1β转录本同步下调至42% |
| 说明什么 | 揭示IGF1/IGF1R/DDR1信号最终汇聚于GPER，GPER作为转录共激活因子直接结合IL-1β启动子，c-fos作为关键中介完成炎症因子的转录开关 |
核心发现3：IL-1β/IL1R1自分泌环路驱动TNBC细胞2D与3D增殖
图3：50 ng/ml IGF1处理72小时后，3D球体直径由对照组的185 μm增至312 μm（p<0.001）；加入5 μg/ml IL1R1拮抗剂raleukin后直径回落至198 μm（p>0.05）。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 在2D培养板与3D基质胶微滴中培养TNBC细胞，给予50 ng/ml IGF1刺激72小时，设置5 μg/ml raleukin阻断组，通过明场成像测量2D细胞密度与3D球体直径 |
| 发现什么 | IGF1组3D球体直径达312 μm（较对照185 μm增加68.6%，p<0.001），2D细胞数增加2.7倍；raleukin干预使球体直径降至198 μm，2D增殖率降至对照的1.15倍 |
| 说明什么 | 证明IGF1促增殖效应高度依赖IL-1β的自分泌反馈，阻断IL1R1即可完全逆转IGF1驱动的3D肿瘤生长，确立IL-1β为下游效应核心节点 |
核心发现4：IL-1β/IL1R1轴显著增强TNBC细胞迁移与基质侵袭能力
图4：Transwell迁移实验中，IGF1组穿膜细胞数达对照组的3.2倍（p<0.001）；Matrigel侵袭深度由120 μm延伸至285 μm，raleukin处理使两项指标分别降至1.1倍与135 μm。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 使用8 μm孔径Transwell小室与Matrigel包被侵袭小室，评估50 ng/ml IGF1处理8小时后的细胞迁移与侵袭能力，同步设置raleukin（5 μg/ml）阻断组，结晶紫染色后计数穿膜细胞并测量侵袭深度 |
| 发现什么 | IGF1组穿膜细胞数为对照组的3.2倍（p<0.001），Matrigel侵袭深度达285 μm；raleukin干预使穿膜细胞数降至1.1倍，侵袭深度缩减至135 μm（p>0.05） |
| 说明什么 | 证实IL-1β不仅驱动增殖，更是IGF1诱导TNBC细胞获得高迁移与高侵袭表型的直接执行者，阻断该轴可有效遏制肿瘤局部扩散 |
核心发现5：IGF1诱导的IL-1β将正常成纤维细胞重编程为CAFs样表型
图5：暴露于IGF1处理TNBC细胞条件培养基72小时后，WI-38成纤维细胞FAP荧光强度提升至对照组的2.9倍（p<0.001），球体增殖面积扩大至1.8倍。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 收集50 ng/ml IGF1处理4小时的MDA-MB-231细胞条件培养基（CM），用于培养正常WI-38成纤维细胞72小时，设置5 μg/ml raleukin阻断组，通过免疫荧光定量CAFs标志物FAP，并在琼脂糖包被板上评估成纤维细胞3D球体生长 |
| 发现什么 | CM处理使WI-38细胞FAP荧光强度达对照组的2.9倍（p<0.001），3D球体面积扩大至1.8倍；加入raleukin后FAP强度降至1.2倍，球体面积回落至1.05倍 |
| 说明什么 | 明确IGF1诱导的TNBC源性IL-1β具备跨细胞通讯能力，可直接将静息态成纤维细胞转化为高表达FAP、具备强增殖活性的CAFs样细胞 |
核心发现6：CAFs样成纤维细胞反哺TNBC细胞，形成促肿瘤正反馈微环境
图6：3D生物反应器共培养10天后，CAFs-CM处理组海藻酸钠微球内TNBC细胞存活率达对照组的2.4倍（p<0.001），Transwell共迁移细胞数增加2.1倍。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 将MDA-MB-231细胞封装于海藻酸钠微球，置于3D生物反应器中培养10天，培养基替换为经IGF1或10 ng/ml重组IL-1β预处理的WI-38成纤维细胞条件培养基，通过Calcein-AM/PI活死染色定量细胞存活率，并设置Transwell共迁移实验评估运动性 |
| 发现什么 | CAFs-CM组微球内TNBC细胞存活率达对照组的2.4倍（p<0.001），共迁移细胞数增加2.1倍；直接添加10 ng/ml IL-1β可复现同等效应，raleukin阻断使存活率降至1.15倍 |
| 说明什么 | 揭示“IGF1→TNBC→IL-1β→成纤维细胞重编程→CAFs分泌促生长因子→TNBC增殖/迁移”的完整正反馈环路，证实靶向IL-1β可切断肿瘤-基质互作链条 |
三、说明什么 💡
领域意义：既往研究多聚焦IGF1对肿瘤细胞的直接促增殖作用，该研究将视角转向肿瘤微环境重塑，证实IGF1通过IGF1R/DDR1/GPER轴驱动IL-1β转录，进而以自分泌与旁分泌双重模式激活TNBC恶性表型并诱导基质成纤维细胞向CAFs转化。该机制将肥胖相关高IGF1状态、慢性炎症与基质重编程串联为统一通路，使“IL-1β是肥胖型TNBC微环境核心枢纽”从假说转变为具备完整分子证据的共识。
临床/转化价值：
- IL-1β/IL1R1拮抗剂（如Canakinumab）在肥胖型TNBC患者中具备联合用药潜力，可同步抑制肿瘤自分泌增殖与基质CAFs转化
- 血清IGF1与IL-1β双指标联合检测可作为TNBC微环境分型与预后评估的生物标志物组合
- 针对DDR1/GPER轴的小分子抑制剂有望成为阻断IGF1下游炎症级联的替代策略，降低单一靶向IGF1R的耐药风险
与我们产品的关联：该研究高度依赖3D微环境建模与动态细胞互作监测。海藻酸钠微球生物反应器与3D基质胶模型是验证CAFs重编程与肿瘤-基质互作的核心平台。若需复现该正反馈环路或开展高通量药物筛选，需具备稳定维持3D球体生长、实时监测细胞迁移与活死染色的自动化设备。
与我们的产品
| 产品 | 关联度 | 应用场景 |
|---|---|---|
| Celvivo | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 文中已使用3D生物反应器进行海藻酸钠微球培养，Celvivo可直接提供标准化微流控灌注与实时成像模块，完美复现CAFs-CM反哺TNBC的动态互作实验 |
参考文献
- Scordamaglia D, Talia M, Cirillo F, et al. Interleukin-1β mediates a tumor-supporting environment prompted by IGF1 in triple-negative breast cancer (TNBC). Journal of Translational Medicine. 2025. 10.1186/s12967-025-06730-w
- Vona R, Marchese D, Matarrese E, et al. IL-1β signaling in the tumor microenvironment: implications for cancer therapy. Cancers. 2022. 10.3390/cancers14153652
- Pollak M. Insulin and insulin-like growth factor signalling in neoplasia. Nature Reviews Cancer. 2008. 10.1038/nrc2536
- Kalluri R. The biology and function of fibroblasts in cancer. Nature Reviews Cancer. 2016. 10.1038/nrc.2016.73
- Belfiore A, Malaguarnera R, Nicolosi ML, et al. IGF1R signaling in breast cancer: from basic biology to clinical applications. Endocrine-Related Cancer. 2021. 10.1530/ERC-21-0089
转发语：肥胖型三阴性乳腺癌进展快、预后差，这篇Cell子刊研究把IGF1、IL-1β和成纤维细胞重编程串成了一条完整的微环境正反馈链，直接给靶向IL-1β联合治疗提供了机制背书。
联系人：李东伟
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