Cercetările asociază dieta bogată în grăsimi cu o progresie mai rapidă a cancerului mamar

Un studiu experimental realizat la Princeton University pe modele de cultură celulară avansate a analizat modul în care diferite tipuri de nutrienți circulanți influențează comportamentul celulelor de cancer mamar. Cercetarea publicată în APL Bioengineering arată că un mediu bogat în lipide, similar celui asociat cu hiperlipidemia sau cu dietele bogate în grăsimi, poate accelera creșterea și invazia tumorilor prin modificări metabolice și prin creșterea expresiei enzimei MMP1, implicată în degradarea matricei extracelulare.

Idei principale

• Obezitatea și sindromul metabolic modifică nivelul nutrienților și metaboliților din microambientul tumoral.
• Cercetătorii au recreat în laborator cinci condiții metabolice: bazală, postprandială (insulină crescută), diabetică (glucoză crescută), ketogenică și hiperlipidemică.
• În cultură celulară bidimensională, celulele de cancer mamar nu au prezentat diferențe majore de morfologie sau proliferare.
• Totuși, condițiile bogate în lipide au indus modificări semnificative ale expresiei genice, în special în gene implicate în motilitate și remodelarea matricei extracelulare.
• Într-un model tridimensional cu flux de lichid interstițial, mediul bogat în lipide a accelerat creșterea și invazia tumorilor.
• Tumorile dezvoltate în aceste condiții au prezentat cavități interne asociate cu expresia crescută a enzimei MMP1.

Context

Numeroase studii epidemiologice au arătat că obezitatea este asociată cu o progresie mai rapidă a cancerului. Această relație este adesea atribuită creșterii masei de țesut adipos, însă modificările metabolice sistemice joacă, de asemenea, un rol important.

În contextul obezității și al sindromului metabolic apar modificări ale nivelurilor circulante de:

• glucoză
• insulină
• acizi grași
• corpi cetonici
• alte molecule metabolice

Aceste substanțe ajung în microambientul tumoral prin fluxul de lichid interstițial și pot fi utilizate de celulele canceroase pentru producerea de energie prin glicoliză, fosforilare oxidativă sau oxidarea acizilor grași.

Analiza impactului fiecărui nutrient asupra progresiei tumorale este dificilă deoarece, în organism, aceste variabile metabolice se modifică simultan. De aceea, cercetătorii au utilizat modele experimentale controlate pentru a evalua separat efectele diferitelor condiții metabolice.

Despre studiu

Model experimental bazat pe mediu plasmatic uman

Pentru a reproduce condițiile metabolice din organism, cercetătorii au utilizat mediul asemănător plasmei umane (HPLM), un mediu de cultură care reproduce compoziția metabolităților din plasma umană.

Pe baza acestui mediu au fost generate cinci condiții experimentale:

• condiție bazală
• insulină crescută (5 ng/ml)
• glucoză crescută (15 mM)
• corpi cetonici crescuți (2 mM β-hidroxibutirat)
• lipide crescute (4% albumină bogată în lipide)

Aceste condiții au fost concepute pentru a reproduce situații metabolice frecvente precum:

• starea postprandială
• diabetul zaharat
• dieta ketogenică
• hiperlipidemia

Linia celulară utilizată

Studiul a fost realizat pe celule MDA-MB-231, o linie celulară reprezentativă pentru cancerul mamar triplu negativ, un subtip agresiv caracterizat prin invazivitate crescută și opțiuni terapeutice limitate.

Analize realizate

Cercetătorii au utilizat mai multe metode experimentale pentru a evalua comportamentul celular:

• analize morfologice în cultură bidimensională
• secvențiere ARN pentru profilul transcriptomic
• analize metabolice Seahorse (OCR și ECAR)
• model microfluidic tridimensional cu flux interstițial
• spectrometrie de masă pentru analiza metaboliților
• analize histologice și imunofluorescență

Rezultate

Comportament celular similar în cultură bidimensională

În cultură 2D, celulele de cancer mamar au prezentat:

• morfologie fusiformă caracteristică fenotipului mezenchimal
• expresie constantă a markerului vimentină
• rate similare de proliferare

Analiza EdU a arătat că aproximativ 40% dintre celule au intrat în faza de replicare ADN într-un interval de două ore, fără diferențe între condițiile metabolice.

Modificări majore ale expresiei genice în condiții bogate în lipide

Deși morfologia și proliferarea au fost similare, analiza transcriptomică a evidențiat diferențe importante de expresie genică.

Condițiile bogate în lipide au determinat:

• creșterea expresiei genei PDK4, implicată în metabolismul acizilor grași
• creșterea expresiei ANGPTL4, regulator al metabolismului lipidic
• scăderea expresiei genelor SCD și PCSK9, implicate în sinteza lipidelor

Analiza funcțională a genelor a indicat activarea unor procese biologice asociate cu:

• migrarea celulară
• adeziunea celulară
• remodelarea matricei extracelulare

Creșterea activității metabolice mitocondriale

Analiza metabolică a arătat că mediul bogat în lipide determină o creștere a consumului de oxigen.

Rata bazală de consum de oxigen a crescut de la aproximativ:

• 250 pmol/min/10⁵ celule în condițiile standard
• la aproximativ 350 pmol/min/10⁵ celule în mediul bogat în lipide

Această creștere reflectă o dependență mai mare de fosforilarea oxidativă mitocondrială în locul glicolizei.

Tumori mai mari și mai invazive în condiții bogate în lipide

În modelul tridimensional microfluidic care reproduce fluxul de lichid interstițial din tumori, efectele mediului lipidic au devenit evidente.

Tumorile cultivate în condiții bogate în lipide au prezentat:

• dimensiuni semnificativ mai mari
• invazie accelerată în matricea de colagen
• invazie detectată în toate tumorile până în ziua 3,5

Prin comparație, în condițiile bazale doar aproximativ 40% dintre tumori au prezentat invazie până în ziua 4.

Formarea de cavități în interiorul tumorilor

Un rezultat neașteptat a fost apariția unor cavități interne în tumorile cultivate în condiții bogate în lipide.

Analizele histologice au arătat că aceste cavități:

• nu sunt cauzate de apoptoză
• nu sunt asociate cu ferroptoza
• nu implică scăderea numărului total de celule

Cercetătorii au concluzionat că aceste structuri apar probabil prin migrarea celulelor din centrul tumorii către mediul înconjurător.

Rolul enzimei MMP1

Expresia enzimei MMP1, o colagenază implicată în degradarea matricei extracelulare, a fost semnificativ crescută în condițiile bogate în lipide.

MMP1 este asociată cu:

• invazivitatea tumorilor
• prognostic nefavorabil în cancerul mamar
• remodelarea matricei extracelulare

Creșterea expresiei MMP1 poate facilita dispersia celulelor canceroase și invazia în țesuturile adiacente.

Concluzii

Studiul demonstrează că mediile bogate în lipide pot accelera progresia tumorilor de cancer mamar prin modificări metabolice și prin stimularea mecanismelor de invazie celulară. Aceste efecte apar independent de modificări ale proliferării sau ale ratelor de moarte celulară.

Rezultatele sugerează că disponibilitatea crescută a acizilor grași în microambientul tumoral poate favoriza remodelarea matricei extracelulare și diseminarea celulelor canceroase. În plus, cercetarea evidențiază importanța utilizării unor modele experimentale care reproduc mai fidel condițiile metabolice și fizice ale microambientului tumoral.