作者：Emilyju

來源：腫瘤資訊（轉(zhuǎn)載已獲授權(quán)）

　　研究發(fā)現(xiàn)，早期轉(zhuǎn)移灶細(xì)胞為基底/干細(xì)胞樣細(xì)胞，而晚期轉(zhuǎn)移灶細(xì)胞的表型與原發(fā)灶細(xì)胞更為接近，為管腔樣細(xì)胞。在轉(zhuǎn)移從早期至晚期的進(jìn)程中，轉(zhuǎn)移細(xì)胞停止休眠，進(jìn)入細(xì)胞周期，增殖能力變強(qiáng)，而EMT程度降低。科研人員利用這一特點(diǎn)，在原發(fā)灶出現(xiàn)之后即給予CDK抑制劑dinaciclib，可以抑制早期轉(zhuǎn)移細(xì)胞從休眠狀態(tài)進(jìn)入細(xì)胞周期形成晚期轉(zhuǎn)移，減少轉(zhuǎn)移的發(fā)生。

　　盡管目前對(duì)腫瘤分子和遺傳基礎(chǔ)的研究已取得眾多進(jìn)展，轉(zhuǎn)移仍然是腫瘤相關(guān)死亡的首要原因。對(duì)轉(zhuǎn)移的起始和發(fā)展進(jìn)行深入研究，對(duì)于發(fā)展治療和預(yù)防轉(zhuǎn)移性疾病的新策略是十分重要的。目前流行的理論假說為，轉(zhuǎn)移是由少數(shù)有干細(xì)胞樣功能的腫瘤細(xì)胞起始的。但是現(xiàn)在對(duì)人乳腺癌中轉(zhuǎn)移起始細(xì)胞的鑒定仍然十分困難。

　　加州大學(xué)的研究人員首先采用微流控平臺(tái)，在單細(xì)胞水平對(duì)乳腺癌轉(zhuǎn)移過程中的多種基因表達(dá)進(jìn)行測定，這些基因可以調(diào)控干性、多潛能性、上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、乳腺譜系、休眠、細(xì)胞周期和增殖，共116種。研究首先對(duì)人正常乳腺上皮進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其可分為兩種譜系：包括干細(xì)胞在內(nèi)的基底/肌上皮譜系和包括祖細(xì)胞及成熟細(xì)胞在內(nèi)的管腔譜系。主成分分析和無監(jiān)督層次聚類分析顯示，在所分析的116種基因中，有49種基因在基底/干細(xì)胞和管腔細(xì)胞之間有表達(dá)差異，因而在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中將這49種基因作為一個(gè)49-基因差異標(biāo)簽（圖1）。

　　圖1. 對(duì)正常人乳腺上皮細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞分析。a，F(xiàn)ACS圖顯示一名代表性乳房成形術(shù)患者的基底/干細(xì)胞（Lin—CD49fhi EpCAMlo cKit—，藍(lán)色）、管腔細(xì)胞（Lin—CD49flo EpCAMhi cKit—，黃色）和管腔祖細(xì)胞（Lin—CD49fmed EpCAMmed cKit+，紅色），Lin = CD45/CD31。b，PCA圖顯示三個(gè)患者中鑒定的細(xì)胞群。c，細(xì)胞群之間有49個(gè)基因表達(dá)有顯著差異。d，單個(gè)細(xì)胞和49-基因標(biāo)簽中每個(gè)基因的熱圖和聚類樹狀圖。（Lawson DA, et al. Nature, 2015, 526: 131-135.）

　　然后，研究人員建立患者來源腫瘤的小鼠移植瘤模型（HCI-001、HCI-002和HCI-010），腫瘤細(xì)胞來自三種遺傳背景，但均為ER— PR— HER2—。選擇這一模型是因?yàn)檫@些患者來源的腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移性高，無靶向治療手段，并且這一模型可保留初始患者腫瘤的包括轉(zhuǎn)移趨向性在內(nèi)的基本特性。為分離小鼠體內(nèi)的轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞，研究人員采用了一種高度敏感和種屬特異的FACS分析。研究發(fā)現(xiàn)，CD298在三種不同的人乳腺癌細(xì)胞中均有表達(dá)，但是在小鼠細(xì)胞中沒有表達(dá)，因此可作為分離癌細(xì)胞的標(biāo)志物。通過這一方法，研究人員對(duì)小鼠肺臟、淋巴結(jié)、骨髓、肝臟、大腦和外周血的轉(zhuǎn)移細(xì)胞進(jìn)行了分析，并把轉(zhuǎn)移灶腫瘤分為兩類：晚期轉(zhuǎn)移灶（高負(fù)荷）和早期轉(zhuǎn)移灶（低負(fù)荷）（圖2）。

　　圖2. 對(duì)移植瘤小鼠中人轉(zhuǎn)移細(xì)胞的鑒定。a，F(xiàn)ACS圖顯示代表組織中人hCD298+（紅色）、小鼠mMHC I+（藍(lán)色）和雙陰性（黑色）細(xì)胞。b，F(xiàn)ACS圖顯示低負(fù)荷和高負(fù)荷轉(zhuǎn)移小鼠中hCD298+ mLin—（mTer119/mCD45/mCD31）細(xì)胞的百分比或數(shù)目。c，蘇木素伊紅染色顯示低負(fù)荷和高負(fù)荷轉(zhuǎn)移小鼠肺組織中的轉(zhuǎn)移灶。d，直方圖顯示每個(gè)模型中轉(zhuǎn)移負(fù)荷的分布。紅箭頭表示該動(dòng)物用于單細(xì)胞分析。（Lawson DA, et al. Nature, 2015, 526: 131-135.）

　　研究人員對(duì)轉(zhuǎn)移灶癌細(xì)胞進(jìn)行主成分分析和無監(jiān)督層次聚類分析發(fā)現(xiàn)，低負(fù)荷轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞與原發(fā)癌細(xì)胞的表型有很大不同，而高負(fù)荷轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞與原發(fā)癌細(xì)胞更為接近。對(duì)轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞的49-基因差異標(biāo)簽進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)低負(fù)荷轉(zhuǎn)移細(xì)胞表達(dá)更高水平的基底/干細(xì)胞基因，而管腔基因的表達(dá)水平較低。大多數(shù)低負(fù)荷轉(zhuǎn)移細(xì)胞為基底/干細(xì)胞樣，而高負(fù)荷轉(zhuǎn)移細(xì)胞為管腔樣表型。除涉及干性的基因外，低負(fù)荷轉(zhuǎn)移細(xì)胞還高表達(dá)多潛能性基因和EMT標(biāo)志物基因（圖3）。

　　圖3. 早期轉(zhuǎn)移細(xì)胞表現(xiàn)基底/干細(xì)胞特征。a，PCA圖顯示代表小鼠的轉(zhuǎn)移和原發(fā)腫瘤細(xì)胞。b，柱狀圖顯示49-基因標(biāo)簽中的基因以及多潛能性基因在低負(fù)荷和高負(fù)荷轉(zhuǎn)移細(xì)胞中表達(dá)的差異。c，轉(zhuǎn)移細(xì)胞和49-基因標(biāo)簽中每個(gè)基因的熱圖和聚類樹狀圖。（Lawson DA, et al. Nature, 2015, 526: 131-135.）

　　研究人員隨后通過幾個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了干細(xì)胞特性細(xì)胞在成瘤和轉(zhuǎn)移過程中的重要作用。首先，在原發(fā)腫瘤體積較小時(shí)便將其切除，經(jīng)過8周的轉(zhuǎn)移過程，對(duì)肺臟轉(zhuǎn)移細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞分析可見85.4%細(xì)胞為管腔樣細(xì)胞。這說明，由原發(fā)腫瘤早期散播出去的早期轉(zhuǎn)移細(xì)胞便可形成管腔樣轉(zhuǎn)移灶。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究人員將低負(fù)荷轉(zhuǎn)移細(xì)胞接種至小鼠乳腺，在四個(gè)移植瘤中有兩個(gè)成為大體積腫瘤；而對(duì)于原發(fā)腫瘤細(xì)胞，即使接種數(shù)目為上述低負(fù)荷轉(zhuǎn)移細(xì)胞數(shù)目的100倍，也未能成瘤。因此，低負(fù)荷轉(zhuǎn)移細(xì)胞有著較強(qiáng)的腫瘤起始能力。研究人員還發(fā)現(xiàn)，在原發(fā)腫瘤細(xì)胞中，大約有1.4%為基底/干細(xì)胞樣表型，這部分細(xì)胞的比例決定了原發(fā)腫瘤轉(zhuǎn)移的能力。

　　在細(xì)胞增殖能力方面，研究人員發(fā)現(xiàn)隨著轉(zhuǎn)移灶負(fù)荷的增大，細(xì)胞的增殖能力增強(qiáng)。低負(fù)荷轉(zhuǎn)移細(xì)胞表達(dá)高水平的休眠相關(guān)基因，而高負(fù)荷轉(zhuǎn)移細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期，表達(dá)低水平的休眠基因和高水平的細(xì)胞周期促進(jìn)基因，如MYC和CDK2。通過這一特點(diǎn)，研究人員嘗試阻斷轉(zhuǎn)移細(xì)胞從休眠到進(jìn)入細(xì)胞周期的過程來抑制轉(zhuǎn)移進(jìn)程。研究發(fā)現(xiàn)CDK抑制劑dinaciclib治療荷瘤小鼠4周，24只動(dòng)物中只有1只出現(xiàn)轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞，而溶劑對(duì)照組出現(xiàn)轉(zhuǎn)移癌細(xì)胞的比例則高達(dá)44%（11/25）（圖4）。因此，通過了解不同轉(zhuǎn)移階段的表型差異和基因表達(dá)。有助于尋找對(duì)抗轉(zhuǎn)移更為有效的靶點(diǎn)和策略。

　　圖4. 細(xì)胞周期抑制可阻斷轉(zhuǎn)移進(jìn)程。a，細(xì)胞周期進(jìn)程。b，休眠和細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)。c，轉(zhuǎn)移細(xì)胞和細(xì)胞周期相關(guān)基因的無監(jiān)督聚類分析。d，轉(zhuǎn)移灶MYC和磷酸化組蛋白H3的免疫熒光染色。e，Dinaciclib治療療程以及發(fā)生轉(zhuǎn)移的動(dòng)物百分比。（Lawson DA, et al. Nature, 2015, 526: 131-135.）

　　綜上所述，加州大學(xué)的科學(xué)家們對(duì)人乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移起始和發(fā)展過程中的表型進(jìn)行了分析，強(qiáng)調(diào)了干細(xì)胞表型對(duì)于轉(zhuǎn)移過程的重要作用（圖5），這一研究結(jié)果可指導(dǎo)發(fā)展新的策略來對(duì)抗轉(zhuǎn)移這一腫瘤致死的險(xiǎn)惡兇手。

　　圖5. 轉(zhuǎn)移過程中腫瘤細(xì)胞異質(zhì)性模型。a，低轉(zhuǎn)移負(fù)荷動(dòng)物的轉(zhuǎn)移細(xì)胞（藍(lán)色）與高轉(zhuǎn)移負(fù)荷動(dòng)物的轉(zhuǎn)移細(xì)胞（紅色）有顯著不同，前者干性、抗凋亡、EMT、休眠相關(guān)基因表達(dá)增加；后者更具異質(zhì)性，大多數(shù)細(xì)胞增殖能力強(qiáng)。b，在原發(fā)腫瘤中約有1.4%的細(xì)胞為干細(xì)胞樣表型，這些細(xì)胞具有高侵襲轉(zhuǎn)移性，在外周血腫瘤細(xì)胞中占有16.7%，是轉(zhuǎn)移性腫瘤的起源。（Lawson DA, et al. Nature, 2015, 526: 131-135.）

　　參考文獻(xiàn)：

　　Lawson DA, Bhakta NR, et al.Single-cell analysis reveals a stem-cell program in human metastatic breast cancer cells. Nature, 2015, 526: 131-135.