转移是癌症高致死率的主要原因,也是肿瘤治疗失败的关键因素。然而肿瘤细胞的传播会面临许多障碍,只有少数细胞可以在远端器官中定植,这是转移过程的限速步骤。远端器官中的肿瘤定植前局部微环境,也称为预转移微环境(premetastatic niche,PMN),决定是否可以建立肿瘤细胞的定植。肿瘤衍生生长因子、炎性细胞因子、趋化因子和外泌体等都被证实对转移前微环境的起始和演变至关重要。免疫细胞,如中性粒细胞、巨噬细胞、MDSCs和T细胞等转移前微环境的关键组分,被认为是肿瘤分泌因子的主要接受者,参与预转移微环境的重塑。间充质干细胞(mesenchymal stromal cells,MSCs)几乎存在于所有类型的组织中,并且对于维持组织稳态和再生至关重要。在肿瘤发展期间,可以动员骨髓和组织驻留的MSCs直接或间接地调节肿瘤细胞。肿瘤相关的MSCs可以产生各种生长因子和趋化因子以控制肿瘤生长和转移。然而,我们对组织常驻MSCs如何促成预转移微环境重塑以及它们如何在预转移微环境中与免疫细胞相互作用的知识非常有限。本课题采用MMTV-Py MT自发乳腺癌小鼠模型和4T1乳腺癌细胞移植瘤模型,并通过信息生物学、细胞生物学及分子生物学技术手段,探究MSCs参与预转移微环境重塑的具体机制,以及揭示它与免疫细胞相互作用的方式。主要发现如下:(1)间充质干细胞(MSCs)是预转移微环境的重要组成部分。我们在肿瘤发展的不同阶段从雌性MMTV-Py MT小鼠中分离并扩增肺部常驻间充质干细胞(LMSCs)。我们发现来自所有阶段的MSCs具有相似的表面标志物、增殖能力和分化潜能。当通过静脉注射于MMTV-Py MT小鼠时,源自转移前晚期和转移时期的那些MSCs表现出更强的促进肺转移的潜能。我们将小鼠乳腺肿瘤细胞4T1植入野生型小鼠的乳腺脂肪垫也能观察到类似的现象。(2)高表达C3的MSCs的促转移性质由II型炎症细胞因子赋予。肿瘤进展不同时期分离的LMSCs的RNA-seq数据显示,预转移晚期和转移时期LMSCs高表达补体C3。进一步地在缺乏补体C3a受体的小鼠中LMSCs未能发挥其促4T1细胞转移增多的作用。我们还发现IL-4和IL-13的表达水平随着MMTV-Py MT小鼠肿瘤发展而增加。而且,IL-4和IL-13可通过激活LMSCs中的STAT6信号通路来增加C3表达。值得注意的是,在Stat6缺陷小鼠中,LMSCs促进4T1细胞转移增多的作用丧失。另外,在MMTV-Py MT小鼠和4T1细胞接种的小鼠中,采用Anti-IL-4抗体能够阻断LMSCs促进肺转移的作用。(3)C3通过募集中性粒细胞并驱动中性粒细胞胞外陷阱(Neutrophil extracellular traps,NETs)的形成来重塑预转移微环境。通过体内和体外实验,我们发现C3a的作用是通过募集中性粒细胞和中性粒细胞胞外陷阱(NETs)形成来发挥作用,且通过DNA酶可以消除LMSCs诱导的转移促进作用。(4)临床样本中C3的高表达与乳腺癌转移存在相关性。通过分析乳腺癌病人血清标本,乳腺癌转移组高表达C3a水平;且对临床组织样本分析,发现乳腺癌肺转移的标本中高表达C3;进一步地研究发现,C3与MSCs存在共定位的现象,提示组织中C3可能是由MSCs分泌的。综上所述,我们的研究表明,在II型炎症的影响下,LMSCs通过STAT6-MSCsC3-中性粒细胞途径参与预转移微环境的重塑最终促进乳腺癌细胞向肺部转移。我们的研究在预转移微环境形成过程中建立了间充质干细胞和免疫细胞之间的新联系。Th2细胞、MSCs和中性粒细胞在功能上连接并形成调控网络以建立利于肿瘤细胞定植的预转移微环境。这些发现表明靶向Th2细胞因子-STAT6-C3-NETs通路可能成为控制乳腺癌向肺转移的潜在策略。