砷暴露通过E2F2/FZD10轴诱导人类正常乳腺上皮细胞的干性特征

《Food and Chemical Toxicology》：Arsenic Exposure Induces Stemness in Human Normal Breast Epithelial Cells via the E2F2/FZD10 Axis

长期低剂量钠砷酸盐暴露通过激活E2F2/FZD10信号轴促使人类乳腺上皮细胞（MCF-10A）获得乳腺癌干细胞（BCSCs）样表型，表现为迁移、侵袭和 sphere 形成能力显著增强，并伴随EpCAM和ALDH1等标志物过表达。该研究首次揭示环境砷致癌的新分子机制，为乳腺癌预防提供潜在靶点。

　　

杨洋|胡德秀|龚茂园|杨星灿|陈若碧|林静远|曾启兵|徐玉燕

教育部环境污染物监测与疾病控制重点实验室，贵州医科大学公共卫生学院，贵阳，550025，中国

摘要

长期暴露于砷与全身毒性及致癌风险相关，但其与乳腺癌之间的机制联系仍不明确。本研究显示，人类乳腺上皮细胞（MCF-10A）长期暴露于低剂量亚砷酸钠（NaAsO₂）后会获得类似乳腺癌干细胞的表型。暴露于NaAsO₂的细胞表现出迁移能力（提高1.34倍）、侵袭能力（提高2.9倍）和球形细胞形成能力（提高1.54倍），同时BCSCs标志物EpCAM（提高3.17倍）和ALDH1（提高2.45倍）的表达也增强，CD44⁺/CD24^-/low亚群的比例增加（提高1.63倍）。转录组分析确定转录因子E2F2是这一转变的关键中介。功能研究表明，E2F2直接调控FZD10的表达，激活Wnt/β-连环蛋白通路以维持干细胞样状态。总体而言，我们揭示了E2F2/FZD10轴作为环境砷重新编程乳腺上皮细胞为类似BCSCs表型的一个先前未被认识的分子途径，为砷相关乳腺癌风险提供了机制上的见解，并揭示了潜在的预防干预靶点。

引言

砷是一种普遍存在的环境毒素，也是公认的人类致癌物，能够引起多器官损伤并促进多种类型的癌症（Chen和Costa，2021；Zeng等人，2019）。据估计，全球有超过2.2亿人长期暴露于高浓度砷环境中，这构成了一个重大的公共卫生挑战（Podgorski和Berg，2020）。同时，乳腺癌仍然是女性中最常见的恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的主要原因，占女性新发癌症病例的近三分之一（Siegel等人，2024；Xu等人，2023）。尽管流行病学研究表明砷暴露可能与乳腺癌风险有关，但现有证据仍存在矛盾（Khanjani等人，2017；Pullella和Kotsopoulos，2020）。一些报告指出，长期暴露于砷与乳腺癌发病率增加有关，尤其是在饮用水中砷含量高的地区（Baastrup等人，2008；Liu等人，2015）。相反，其他研究未能建立显著关联，甚至提出在某些条件下砷可能具有抗癌作用（Nasrollahzadeh等人，2020；Smith等人，2014）。这种差异凸显了超越流行病学相关性、深入探究潜在分子机制的必要性。

癌症干细胞（CSCs）在驱动肿瘤发生、治疗抵抗、复发和转移中起着关键作用（Chu等人，2024；Loh和Ma，2024）。在实体瘤中，CSCs已被证明在乳腺癌进展中起重要作用（Xiong等人，2025）。值得注意的是，研究表明，长期暴露于环境相关剂量的砷可以直接将正常干细胞/前体细胞转化为具有CSCs特征的细胞，表现为自我更新能力增强、分化异常和肿瘤发生潜力增加（Bi等人，2021；Seno等人，2025）。然而，目前尚不清楚长期暴露于砷是否也能类似地重新编程正常乳腺上皮细胞，使其具有类似乳腺癌干细胞的特性，从而为乳腺癌的发生提供直接的机制联系。调控这种潜在转化的分子途径也尚未完全探索。

E2F2是细胞周期的关键转录调节因子，最近被发现参与肿瘤干性的调控（Zhou等人，2025）。在乳腺癌中，E2F2经常过度表达，其表达水平与患者预后不良显著相关，包括总体生存率、无复发生存率和无远处转移生存率降低（Gao等人，2024；Lu等人，2023）。另一方面，Frizzled-10（FZD10）是Wnt信号通路的关键受体，在基底样乳腺癌中过度表达，并且对于维持BCSCs群体和肿瘤起始能力至关重要（El-Sahli和Wang，2020；Katoh和Katoh，2017）。有趣的是，生物信息学分析表明FZD10启动子区域可能存在E2F结合位点。然而，在环境致癌物暴露的背景下，E2F2与FZD10之间的直接调控关系尚未被研究。

基于这些观察结果，我们假设长期暴露于砷通过激活E2F2来驱动乳腺上皮细胞的恶性转化，进而通过转录上调FZD10的表达，从而诱导并稳定类似BCSCs的表型。为了验证这一假设，我们使用非肿瘤性人类乳腺上皮细胞系MCF-10A建立了长期低剂量亚砷酸钠（NaAsO₂）暴露模型。我们首先确认NaAsO₂暴露能诱导典型的BCSCs特征。通过综合转录组分析和功能验证，我们确定E2F2是关键的砷响应转录因子。此外，我们从机制上证明了E2F2通过调控FZD10来驱动乳腺上皮细胞中的砷诱导的干细胞特性。我们的研究揭示了一个先前未被认识的E2F2/FZD10信号轴，该轴阐明了环境致癌物如何将上皮细胞重新编程为干细胞样、具有肿瘤起始能力的状态。这些发现为砷暴露与乳腺癌风险之间的直接分子联系提供了证据，并揭示了新的潜在预防干预靶点。

仪器和试剂

亚砷酸钠（NaAsO₂，Sigma，圣路易斯，密苏里州，美国）；抗坏血酸（Sigma，圣路易斯，密苏里州，美国）；马血清（Gibco，格兰德岛，纽约州，美国）；Trizol试剂（Thermo Fisher Scientific，沃尔瑟姆，马萨诸塞州，美国）；BCA蛋白测定试剂盒（Solarbio，北京，中国）；Lipofectamine 3000转染试剂（Gene Pharma，上海，中国）；E2F2 siRNA和随机对照siRNA（Gene Pharma，上海，中国）；过表达E2F2的质粒和空载体对照（Gene Pharma，上海，中国）；PE标记的小鼠

长期NaAsO₂暴露诱导MCF-10A细胞发生恶性转化并赋予其类似BCSCs的表型

为了研究长期砷暴露对恶性潜能和干细胞特性的影响，我们分别使用伤口愈合和Transwell实验评估了细胞的迁移和侵袭能力。长期暴露于NaAsO₂后，MCF-10A细胞的迁移能力显著提高了1.34倍（图1A，C），而其侵袭潜力增加了2.9倍（图1B，D）。

同时，长期NaAsO₂处理显著促进了

讨论

乳腺癌的发生是一个复杂的过程，由遗传易感性和环境暴露相互作用引起（Xiong等人，2025）。砷是一种公认的环境致癌物，流行病学研究表明它与乳腺癌风险增加有关，但其背后的分子机制，特别是砷暴露如何驱动癌症干细胞（CSC）表型的获得，仍不完全清楚（Khanjani等人，2017；Marciniak

未来研究方向和局限性

本研究阐明了长期砷暴露通过E2F2/FZD10轴驱动乳腺上皮细胞恶性转化和干细胞特性的获得机制，为砷相关乳腺癌风险提供了新的见解。然而，也应注意到一些局限性：使用单一细胞系和固定的暴露模型无法完全模拟复杂的体内微环境或动态的长期暴露；仅关注一个信号通路可能无法全面反映

结论

本研究表明，长期砷暴露通过激活E2F2/FZD10信号轴驱动正常乳腺上皮细胞的恶性转化并赋予其类似BCSCs的表型，建立了环境暴露与乳腺癌发生之间的新分子联系。这些发现为理解砷的致癌性提供了实验证据，并确定了潜在的预防干预靶点。需要注意的是，这些结论

作者贡献声明

杨洋：撰写——初稿。徐玉燕：撰写——审阅与编辑。曾启兵：撰写——审阅与编辑。林静远：概念构思。龚茂园：概念构思。胡德秀：概念构思。陈若碧：概念构思。杨星灿：概念构思

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据获取

本研究中的数据可向通讯作者索取。

利益冲突声明

我没有任何需要声明的利益冲突。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：82360631、81860569）和创伤与化学中毒国家重点实验室独立研究基金（编号：2025SKLCDC-01）的支持