Abstract

45 年前，一名轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的胸腔積液產(chǎn)生了MCF-7 乳腺癌細(xì)胞系是目。 MCF-7 是世界上研究最多的人類乳腺癌細(xì)胞系，基于該細(xì)胞系的研究結(jié)果對(duì)乳腺癌的研究和患者治療產(chǎn)生了根本性的影響。 但是殃恒，在使用該細(xì)胞系的近 25000 份科學(xué)出版物的作者中，有多少人知道其分離和開發(fā)的獨(dú)特故事辱揭？在這篇綜述中离唐，我們將回顧使用 MCF-7 乳腺癌細(xì)胞進(jìn)行研究的過去、現(xiàn)在和未來问窃。

凱瑟琳·弗朗西斯（Helen Marion） 馬倫修女出生于1901 年侯繁，就讀于密歇根州門羅的圣母無染原罪之心修道院。 1963 年泡躯，她因右乳房良性腫瘤接受了乳房切除術(shù)贮竟，并于1967 年因左乳房腺癌接受了根治性乳房切除術(shù)。 根據(jù)工業(yè)醫(yī)學(xué)之父伯納迪諾·拉馬齊尼(Bernardino Ramazzini) 的早期報(bào)告较剃，“修女中發(fā)現(xiàn)乳房腫瘤的幾率比其他任何女性都要高”咕别，而且隨后的流行病學(xué)文獻(xiàn)表明，未生育過的女性患乳腺癌的幾率更高写穴，因此她患上乳腺癌也許并不令人意外惰拱。 就在她完成術(shù)后胸壁放療后，發(fā)現(xiàn)左胸區(qū)域出現(xiàn)局部復(fù)發(fā)啊送，但據(jù)報(bào)道偿短，通過三年的放療和未知類型的激素治療（可能是己烯雌醇），復(fù)發(fā)得到了充分控制馋没。 1970 年昔逗，Helen Marion 出現(xiàn)胸膜和胸壁轉(zhuǎn)移性疾病，密歇根癌癥基金會(huì)的研究員 Herbert D. Soule 嘗試從胸壁結(jié)節(jié)切除物和胸腔積液中開發(fā)細(xì)胞系篷朵。當(dāng)時(shí)勾怒，許多實(shí)驗(yàn)室都記錄了產(chǎn)生癌細(xì)胞系連續(xù)穩(wěn)定培養(yǎng)物的技術(shù)困難婆排，包括成纖維細(xì)胞的過度生長(zhǎng)，并且有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室嘗試使用不同的底物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分離細(xì)胞系笔链。 Soule使用的細(xì)胞系開發(fā)過程相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)段只，來自胸壁結(jié)節(jié)的細(xì)胞培養(yǎng)物很快就被成纖維細(xì)胞過度生長(zhǎng)并被丟棄。 然而鉴扫，胸腔積液中的細(xì)胞最初在懸浮液中生長(zhǎng)赞枕，然后最終在塑料上形成單層，并作為連續(xù)培養(yǎng)物生長(zhǎng)坪创。 由此產(chǎn)生的細(xì)胞系被稱為 MCF-7鹦赎，以密歇根癌癥基金會(huì)的名字命名，代表了 Soule 第七次嘗試生成癌細(xì)胞系误堡。 迄今為止古话，已有近 25000 份關(guān)于該細(xì)胞系的已發(fā)表報(bào)告，僅次于使用HeLa 細(xì)胞系的近 80000 份報(bào)告锁施。 MCF-7 細(xì)胞系在乳腺癌研究中的受歡迎反映了其在臨床環(huán)境中對(duì)乳腺癌許多方面的忠實(shí)度陪踩，特別是在治療患有激素受體陽性乳腺癌的絕經(jīng)后婦女方面。

MCF-7 和雌激素受體

MCF-7細(xì)胞系對(duì)乳腺癌研究最重要的貢獻(xiàn)之一是其在雌激素受體 (ER) α 研究中的實(shí)用性悉抵，因?yàn)?b>該細(xì)胞系是極少數(shù)表達(dá)大量 ER 的細(xì)胞系之一肩狂，模仿大多數(shù)表達(dá) ER 的侵襲性人類乳腺癌。 值得注意的是姥饰，在培養(yǎng)的細(xì)胞系中維持雌激素受體α的表達(dá)尤其困難傻谁，這導(dǎo)致產(chǎn)生比ER陽性的人類乳腺癌細(xì)胞系更多的ER陰性細(xì)胞系。同樣列粪，患者來源的異種移植物（PDX）的開發(fā)揭示了產(chǎn)生 ER 陽性 PDX 的困難审磁。 雖然有證據(jù)表明細(xì)胞外基質(zhì)和不適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)基質(zhì)（即二維塑料）在培養(yǎng)細(xì)胞系中 ER 損失中發(fā)揮作用，但Soule 博士似乎沒有對(duì)當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)分離技術(shù)進(jìn)行任何修改來專門分離 ER 陽性細(xì)胞系岂座。 相反态蒂，ER 陽性MCF-7 細(xì)胞系的分離似乎本質(zhì)上是偶然的。

1973 年對(duì) MCF-7 細(xì)胞的最初描述并未提及它們是 ER 陽性的事實(shí)费什。 這一發(fā)現(xiàn)被轉(zhuǎn)移到同年的另一份出版物中钾恢，其中 Soule 和他的同事報(bào)告了“MCF-7 中特定雌激素受體的發(fā)現(xiàn)……”；事實(shí)上鸳址，Soule 在關(guān)鍵的 JNCI 出版物中結(jié)束了討論瘩蚪，他指出，“MCF-7 的生物學(xué)特性表明該細(xì)胞系是嘗試分離人類乳腺癌病毒的絕佳底物”稿黍。 在那時(shí)疹瘦，致癌病毒的研究正處于鼎盛時(shí)期，但 Soule 和他的同事發(fā)表的論文描述了 ER 的存在闻察，這可能對(duì)乳腺癌研究產(chǎn)生了最大的影響拱礁。 有趣的是，作者認(rèn)識(shí)到這種細(xì)胞系對(duì)理解ER功能的重要性辕漂，因?yàn)樗峁┝恕耙环N穩(wěn)定的細(xì)胞系將允許進(jìn)行實(shí)驗(yàn)呢灶，這將增加關(guān)于細(xì)胞內(nèi)結(jié)合常數(shù)、運(yùn)輸機(jī)制和核攝取模式的現(xiàn)有知識(shí)”钉嘹，但他們沒有提到這種細(xì)胞系在激素驅(qū)動(dòng)型乳腺癌研究中的潛力鸯乃。 回想起來，這是令人驚訝的跋涣，因?yàn)榫栀?zèng)者Helen Marion 顯然患有激素反應(yīng)性癌癥缨睡，并且通過激素治療得到了控制。 1997 年陈辱，即 Soule 博士去世的那一年奖年，Levenson 和 Jordan 撰寫了一篇全面的綜述，慶祝 MCF-7 細(xì)胞問世 25 周年沛贪。

Lippman和 Horwitz 最先報(bào)道了MCF-7 的 ER 狀態(tài)和生物學(xué)功能陋守，兩人都清楚地認(rèn)識(shí)到并闡述了該細(xì)胞系在乳腺癌研究中的重要性。 雖然Osborne 和Sutherland 對(duì) MCF-7 的早期研究表明利赋，抗雌激素會(huì)導(dǎo)致 G0/G1 阻滯并抑制MCF-7 細(xì)胞的生長(zhǎng)水评，但用雌二醇簡(jiǎn)單刺激生長(zhǎng)的證明更具挑戰(zhàn)性，而且重現(xiàn)性較差媚送。 解決這一難題對(duì)于未來使用MCF-7 細(xì)胞進(jìn)行 ER 功能的研究絕對(duì)至關(guān)重要中燥。 十多年后，Katzenellenbogens 發(fā)現(xiàn)組織培養(yǎng)基中用作pH 指示劑的酚紅是一種弱雌激素塘偎，在培養(yǎng)基中使用高濃度的酚紅時(shí)足以激活 ER疗涉。 從培養(yǎng)基中去除酚紅消除了這一混雜變量，這是允許完全去除雌激素和研究雌激素如何激活ER和刺激生長(zhǎng)的關(guān)鍵一步吟秩。

MCF-7細(xì)胞對(duì)ER 抗體的發(fā)展至關(guān)重要博敬，Greene和他的同事利用從該細(xì)胞系中純化的ER開發(fā)了第一個(gè)針對(duì)人類ER 的單克隆抗體。雖然早期的報(bào)道表明ER 是位于細(xì)胞質(zhì)中峰尝，在與雌激素結(jié)合后易位到細(xì)胞核偏窝，但ER 抗體的出現(xiàn)澄清了ER 主要的核定位。這些抗體還輔助了鑒定表達(dá)ER mRNA的cDNA克隆武学，并對(duì)ESR1基因的克隆和測(cè)序起到助力祭往。最近，ER抗體已被用于染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）來確定靶基因中ER的DNA結(jié)合位點(diǎn)火窒。而且硼补，使用抗體來測(cè)量人類乳腺腫瘤中的ER水平有助于指導(dǎo)對(duì)ER陽性腫瘤進(jìn)行激素治療。

盡管 MCF-7 細(xì)胞被視為研究雌激素在乳腺癌中作用的“主力”熏矿，但值得注意的是已骇，這些細(xì)胞還表達(dá)雄激素离钝、孕激素和糖皮質(zhì)激素受體。 由于針對(duì)所有這些類固醇信號(hào)傳導(dǎo)途徑的藥物也可有效治療一些轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者褪储，因此 MCF-7 細(xì)胞也成為了闡明激素反應(yīng)和抵抗的模型系統(tǒng)卵渴。

MCF-7 作為 ER 靶向治療的模型

MCF-7細(xì)胞已經(jīng)作為體外和體內(nèi)雌激素響應(yīng)研究的模型。 雌激素刺激 MCF-7 細(xì)胞生長(zhǎng)的確切機(jī)制仍然是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域鲤竹。早期的報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注雌激素對(duì)生長(zhǎng)因子信號(hào)傳導(dǎo)和作用的調(diào)節(jié)浪读，這無疑是雌激素調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的關(guān)鍵組成部分。 但最近的研究表明辛藻，雌激素同時(shí)誘導(dǎo)和抑制大量基因碘橘，這表明存在一個(gè)復(fù)雜的變化網(wǎng)絡(luò)，可以協(xié)調(diào)改變生長(zhǎng)吱肌。

MCF-7細(xì)胞的使用也從根本上指導(dǎo)了激素抵抗的研究痘拆。 使用雌激素戒斷或長(zhǎng)期暴露于抗雌激素的體外研究分離出了MCF-7細(xì)胞的激素抗性變體，這些細(xì)胞可以是 ER 陽性或 ER 陰性氮墨。 雌激素的去除最初會(huì)減慢細(xì)胞生長(zhǎng)错负，但最終會(huì)恢復(fù)生長(zhǎng)，并且多個(gè)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)產(chǎn)生了長(zhǎng)期雌激素剝奪（LTED）細(xì)胞勇边。Santen 實(shí)驗(yàn)室表明犹撒，這些細(xì)胞表達(dá)高水平的 ER，并對(duì)雌激素刺激變得高度敏感粒褒。 這些研究與開發(fā)自己的 MCF-7 LTED 衍生物的其他小組的研究相結(jié)合识颊，已經(jīng)確定這導(dǎo)致了生長(zhǎng)因子信號(hào)傳導(dǎo)改變的表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄組變化。 重要的是奕坟，雖然從缺乏雌激素的 MCF-7 細(xì)胞大量生長(zhǎng)獲得的 MCF-7 LTED 細(xì)胞是 ER 陽性的祥款，但依然可以在其中的單細(xì)胞克隆中鑒定出 ER 陽性和 ER 陰性克隆，這強(qiáng)調(diào)了臨床乳腺癌作為一個(gè)整體以及該細(xì)胞系的巨大異質(zhì)性月杉。

許多研究小組還開發(fā)出了對(duì)抗雌激素——他莫昔芬具有抗藥性的 MCF-7 細(xì)胞刃跛。對(duì)這些細(xì)胞系的研究表明，生長(zhǎng)因子信號(hào)傳導(dǎo)苛萎、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化桨昙、自噬和其他關(guān)鍵途徑發(fā)生了變化。 Osborne 及其同事表明腌歉，MCF-7異種移植物在體內(nèi)對(duì)他莫昔芬有反應(yīng)蛙酪，并且持續(xù)暴露于他莫昔芬（在沒有雌激素的情況下）會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞響應(yīng)他莫昔芬而出現(xiàn)刺激生長(zhǎng)，Jordan 及其同事也注意到了這一點(diǎn)翘盖。 在一項(xiàng)芳香酶抑制劑（阿那曲唑）與他莫昔芬對(duì)比組合治療絕經(jīng)后早期乳腺癌 (ATAC) 的臨床試驗(yàn)中也得到了類似的結(jié)果桂塞，其中阿那曲唑+ 他莫昔芬的組合僅相當(dāng)于單獨(dú)使用他莫昔芬，而且實(shí)際上與單獨(dú)使用阿那曲唑相比更糟糕馍驯，這表明在雌激素缺乏的環(huán)境中阁危，他莫昔芬實(shí)際上被視為 ER 的激動(dòng)劑÷耆現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到他莫昔芬刺激的生長(zhǎng)是他莫昔芬混合部分拮抗劑/激動(dòng)劑活性的結(jié)果，并且已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)研究狂打。

MCF-7細(xì)胞還為臨床前模型中芳香酶抑制劑的研究提供了平臺(tái)擂煞。轉(zhuǎn)染人胎盤芳香酶基因后，所得的MCF-7Ca細(xì)胞已被用作絕經(jīng)后乳腺癌的體內(nèi)模型菱父，以評(píng)估芳香酶抑制劑和抗雌激素的作用颈娜。

MCF-7 和HER2

MCF-7細(xì)胞沒有 HER2 (ErbB2) 癌基因的擴(kuò)增剑逃。但考慮到 HER2 研究模型的缺乏以及 ER 和 HER2 之間潛在的串?dāng)_浙宜，Osborne和 Benz 生成了過度表達(dá)HER2 的 MCF-7 細(xì)胞。這些細(xì)胞是研究抗 HER2 抑制劑如何阻斷生長(zhǎng)的優(yōu)秀模型蛹磺，并證實(shí)了多種抗 HERR2 療法的活性粟瞬，這些發(fā)現(xiàn)已在臨床試驗(yàn)中得到轉(zhuǎn)化和驗(yàn)證。此外萤捆，許多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開發(fā)出抗 HER2 治療耐藥的 MCF-7 細(xì)胞系裙品，有趣的是其中一種機(jī)制是通過ER 的重新激活。

MCF-7 的基因組學(xué)和進(jìn)化

了解 MCF-7 的衍生和分離至關(guān)重要俗或，因?yàn)橛嘘P(guān)乳腺癌的基本特征是從這種單細(xì)胞系發(fā)展而來的市怎。 在最初分離MCF-7的報(bào)告中，對(duì)第2代胸腔積液的染色體數(shù)目進(jìn)行了評(píng)估辛慰，發(fā)現(xiàn)其范圍非常廣泛区匠，從70到144。然而帅腌，對(duì)第39代MCF-7細(xì)胞系的分析結(jié)果表明驰弄，染色體數(shù)目已縮小到77至99的范圍，獨(dú)特的干細(xì)胞系為88速客。因此戚篙，MCF-7細(xì)胞是從最初胸腔積液中根據(jù)基因組異質(zhì)性選出的。值得注意的是溺职，美國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心 (ATCC) 提供的MCF-7 細(xì)胞中目前的染色體眾數(shù)為 82 條（范圍66 至 87 條）岔擂。 盡管培養(yǎng)了45 年，染色體數(shù)量仍然相對(duì)穩(wěn)定浪耘。

也許實(shí)驗(yàn)室中 MCF-7 細(xì)胞最令人不安的方面之一是它們隨著時(shí)間的推移適應(yīng)和進(jìn)化的能力智亮。 考慮到它們的基因組不穩(wěn)定性以及對(duì)癌癥異質(zhì)性和進(jìn)化的日益了解，這一點(diǎn)并不令人意外点待。 事實(shí)上阔蛉，這種行為模仿了臨床乳腺癌，這些乳腺癌也會(huì)隨著時(shí)間的推移在患者體內(nèi)自發(fā)地或在治療壓力下演變癞埠。 然而状原，無法在不同實(shí)驗(yàn)室復(fù)制 MCF-7 變體的結(jié)果引起了人們的擔(dān)憂聋呢。 最初的擔(dān)憂是交叉污染，這在其他細(xì)胞系中已有充分記錄颠区，并且仍然是一個(gè)主要問題削锰。 事實(shí)上，《科學(xué)》雜志最近的一篇評(píng)論強(qiáng)調(diào)了這個(gè)普遍問題毕莱，并建議采取糾正措施器贩，例如細(xì)胞系認(rèn)證；MCF-7 已引起此類擔(dān)憂朋截， 奧斯本等人首先報(bào)道了ATCC 提供的細(xì)胞實(shí)際上在細(xì)胞遺傳學(xué)上與 MCF-7 不相似蛹稍。此外，在確定這個(gè)問題時(shí)部服，研究人員還注意到來自不同實(shí)驗(yàn)室的 MCF-7 細(xì)胞在生物測(cè)定中表現(xiàn)不同唆姐。這導(dǎo)致許多實(shí)驗(yàn)室命名了自己的 MCF-7 變體，這些變體已在文獻(xiàn)中報(bào)道過廓八，包括 MCF-7L (Lippman)奉芦、B (Benz)、KO (Kent?Osborne)剧蹂、BK (Benita Katzenellenbogen) 等等声功。 現(xiàn)在一些研究表明這些細(xì)胞系具有不同的基因表達(dá)和基因組譜。 其他人已經(jīng)注意到MCF-7 細(xì)胞變體之間的核型差異宠叼，我們自己的工作也顯示了來自美國(guó)各地實(shí)驗(yàn)室的 MCF-7 細(xì)胞系之間以及從單一培養(yǎng)物中生長(zhǎng)的單個(gè) MCF-7 細(xì)胞之間的基因組重排差異 （未發(fā)表的數(shù)據(jù)）先巴。MCF-7在培養(yǎng)物中的這種異質(zhì)性確實(shí)是非常顯著的，而且一個(gè)在基因組上明顯不穩(wěn)定的細(xì)胞系能夠持續(xù)生長(zhǎng)這么長(zhǎng)時(shí)間也是一個(gè)謎车吹。 許多讓MCF-7 培養(yǎng)物“度過周末”的學(xué)生都會(huì)知道這種細(xì)胞系的堅(jiān)固性筹裕，因?yàn)榧词箽⑺?/b> 99% 的細(xì)胞，培養(yǎng)的細(xì)胞也會(huì)反彈窄驹。 異質(zhì)性很可能允許適應(yīng)不同的生長(zhǎng)條件朝卒，從而使該細(xì)胞系能夠保持其核心特性（例如突變和基因重排），而其他不太重要的變化導(dǎo)致了不同微妙變異的出現(xiàn)乐埠。

MCF-7已成為許多基因組研究的基本參考細(xì)胞系抗斤，部分原因是它能夠產(chǎn)生無限量的 RNA/DNA 以進(jìn)行驗(yàn)證和下游功能研究。 例如丈咐，大部分ER ChIP 數(shù)據(jù)來自 MCF-7瑞眼，第一個(gè)全基因組ER-directed DNA looping研究是由在 MCF-7 中的ChIA-PET 進(jìn)行。 許多研究小組已在 MCF-7 中對(duì) RNA fusions進(jìn)行了分析棵逊，單分子 PACBIO 全轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)現(xiàn)已公開伤疙。 預(yù)計(jì)這些泛組學(xué)數(shù)據(jù)（例如 ChIP-seq 和轉(zhuǎn)錄組學(xué)）的整合將有助于我們進(jìn)一步了解這種癌細(xì)胞系的起源；在未來的許多年里，MCF-7 將繼續(xù)成為解釋 ER 功能和模擬 ER 陽性乳腺癌發(fā)生和進(jìn)展的重要工具徒像。

Conclusion

自 MCF-7 細(xì)胞分離以來的 45 年來黍特，使用該細(xì)胞系的關(guān)鍵工作仍在繼續(xù)進(jìn)行。盡管從組織培養(yǎng)和異種移植物中建立的癌細(xì)胞系進(jìn)行研究存在局限性锯蛀，但 MCF-7 細(xì)胞系的發(fā)現(xiàn)從根本上改變了乳腺癌研究的進(jìn)程灭衷，并有助于改善患者的治療效果。 MCF-7 細(xì)胞對(duì)于我們理解 ER 功能的價(jià)值怎么強(qiáng)調(diào)也不為過旁涤。 我們預(yù)計(jì)MCF-7 和其他乳腺癌細(xì)胞系盡管存在局限性翔曲，但仍將是研究的主要內(nèi)容。 展望未來劈愚，重要的是要確認(rèn)和驗(yàn)證更多系統(tǒng)中的結(jié)果瞳遍，這些系統(tǒng)納入了更合適的生長(zhǎng)條件，包括常氧和缺氧造虎、三維傅蹂、張力以及與其他細(xì)胞類型共培養(yǎng)的生長(zhǎng)纷闺。 這些結(jié)果將進(jìn)一步為體內(nèi)研究提供信息算凿，并繼續(xù)改善乳腺癌患者的治療效果。 我們所有人都特別感謝凱瑟琳·弗朗西斯修女[Sister Catherine Frances]和Soule 博士[Herbert D. Soule]犁功，他們的遺產(chǎn)仍在繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱氓轰。

參考文獻(xiàn)：Adrian V. Lee, Steffi Oesterreich, Nancy E. Davidson, MCF-7 Cells—Changing the Course of Breast Cancer Research and Care for 45 Years,?JNCI: Journal of the National Cancer Institute, Volume 107, Issue 7, July 2015.