腫瘤異質(zhì)性及轉(zhuǎn)移性

人類大多數(shù)腫瘤是異質(zhì)性的，由具有不同性質(zhì)的細(xì)胞克隆組成，呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。高度異質(zhì)性腫瘤具有較差的臨床療效，但其潛在機(jī)制仍不清楚。腫瘤的轉(zhuǎn)移性是大多數(shù)癌癥患者死亡的原因。因此，了解轉(zhuǎn)移進(jìn)程的驅(qū)動(dòng)因子是改善臨床結(jié)果的關(guān)鍵。

癌癥基因組測(cè)序研究已經(jīng)確定了原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腫瘤之間具有極小的遺傳差異，并顯示原位腫瘤和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移病灶具有顯著的亞克隆異質(zhì)性。近的一些研究表明：微觀環(huán)境變化是腫瘤轉(zhuǎn)移傳播和生長(zhǎng)的主要媒介，從而突出了在腫瘤進(jìn)展中的非細(xì)胞自發(fā)因子的作用。

本期IVIS視角小編帶您探究一下Nature近發(fā)表的論文：《亞克隆合作通過(guò)修飾局部和全身的免疫微觀環(huán)境驅(qū)動(dòng)腫瘤轉(zhuǎn)移》

本文揭示了表達(dá)IL11和FIGF (VEGFD)的乳腺癌細(xì)胞的小亞克隆協(xié)同作用促進(jìn)轉(zhuǎn)移進(jìn)展并產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)性和中性亞克隆組成的多克隆轉(zhuǎn)移。單克隆、多克隆原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶的上皮細(xì)胞及基質(zhì)細(xì)胞表達(dá)譜分析顯示了這種協(xié)同作用是間接的，是通過(guò)局部和系統(tǒng)微環(huán)境介導(dǎo)的。作者確定中性粒細(xì)胞為主的白細(xì)胞群受表達(dá)IL11小亞克隆的調(diào)節(jié)，敲除中性粒細(xì)胞的表達(dá)，可以阻止腫瘤轉(zhuǎn)移的生長(zhǎng)。來(lái)自原發(fā)性腫瘤、血液和肺的CD45陽(yáng)性細(xì)胞群的單細(xì)胞RNA-seq顯示IL11作用于骨髓間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞，可誘導(dǎo)產(chǎn)生致瘤性和轉(zhuǎn)移性中性粒細(xì)胞前體。本文結(jié)合IVIS活體成像系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)了非細(xì)胞自發(fā)因子和小亞克隆在腫瘤轉(zhuǎn)移中起著關(guān)鍵作用。

探究驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移的亞克隆協(xié)同作用分子機(jī)制

本文用人類乳腺癌細(xì)胞系(MDAMB-468)的腫瘤（來(lái)源于異質(zhì)性腫瘤異種移植模型），研究亞克隆在腫瘤表型之間的相互作用。作者之前已經(jīng)證實(shí)一個(gè)小的亞克隆通過(guò)非細(xì)胞自主的相互作用可以驅(qū)動(dòng)腫瘤生長(zhǎng)。本文測(cè)試了18個(gè)亞克隆，每一種表達(dá)一種與轉(zhuǎn)移和血管再生有關(guān)的分泌蛋白。并發(fā)現(xiàn)具有全部18個(gè)亞克隆的多克隆腫瘤生長(zhǎng)快（上圖a）。相反只有白細(xì)胞介素11 (IL11) 和趨化因子 (C-C motif) 配體5在單克隆腫瘤能夠促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。我們還確定了表達(dá)IL11和低聚果糖誘導(dǎo)生長(zhǎng)因子（FIGF也被稱為VEGFD）的亞克隆兩者的混合物在很大程度上能夠復(fù)制腫瘤這種生長(zhǎng)特點(diǎn)。

克隆之間合作導(dǎo)致多克隆轉(zhuǎn)移

Nature Cell Biology :Published: 01 July 2019

https://www.nature.com/articles/s41556-019-0346-x

IL11缺失的多克隆腫瘤阻止了腫瘤的生長(zhǎng)，揭示了IL11和FIGF因子在腫瘤生長(zhǎng)中的協(xié)同作用。此外，多克隆腫瘤和僅包括IL11和FIGF亞克隆的腫瘤具有高度的轉(zhuǎn)移性（上圖b）。

本文首先驗(yàn)證含有IL11+和FIGF+驅(qū)動(dòng)因子的原發(fā)性轉(zhuǎn)移瘤MDA-MB-468的克隆能力，像中性子亞克隆。單克隆或綠色熒光蛋白 (GFP)的多克隆混合物熒光素酶表達(dá)親本細(xì)胞，紅色熒光蛋白 (RFP)植入v5標(biāo)記的IL11+細(xì)胞、RFP+FIGF+細(xì)胞植入到免疫缺陷NOG小鼠的乳腺脂肪墊。我們每周用卡尺測(cè)量原發(fā)腫瘤的生長(zhǎng)情況并通過(guò)每周生物發(fā)光觀察轉(zhuǎn)移病灶成像。多克隆腫瘤（含5% IL11+、5%的FIGF+RFP+細(xì)胞和90%的GFP+親本細(xì)胞）生長(zhǎng)較快，轉(zhuǎn)移性更強(qiáng)與單克隆和親本腫瘤相比（如下圖a）。

中性粒細(xì)胞的系統(tǒng)性表達(dá)降低抑制了由IL11+和FIGF+亞克隆驅(qū)動(dòng)的多克隆腫瘤的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散(或生長(zhǎng))，因此，中性粒細(xì)胞的表型和功能特點(diǎn)取決于宿主環(huán)境。

CD45+細(xì)胞群的單細(xì)胞分析

鑒于作者之前的結(jié)果表明，中性粒細(xì)胞促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。作者比較了DOX+或DOX-誘導(dǎo)小鼠血液和肺中性粒細(xì)胞單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組特點(diǎn)。IL11和FIGF誘導(dǎo)上調(diào)了幾個(gè)信號(hào)通路如：TGFβ和JAK-STAT信號(hào)通路，它們與中性粒細(xì)胞的免疫系統(tǒng)中腫瘤預(yù)生成和預(yù)轉(zhuǎn)移有關(guān)，這些特征來(lái)自肺部，而不是來(lái)自血液。盡管中性粒細(xì)胞在肺部有變化，作者通過(guò)single-cell RNA-seq沒(méi)有檢測(cè)到IL11或GIGF受體的表達(dá)。然而，IL11RA的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄本在單獨(dú)的細(xì)胞組中明顯存在，這些細(xì)胞不能歸為中性粒細(xì)胞或其他白細(xì)胞亞群。

這些IL11RA陽(yáng)性細(xì)胞表達(dá)編碼GP130和SATA3的IL6ST基因，GP130是IL11信號(hào)通路中所必需的共同受體。STAT3是LI11下游的作用因子?；诩?xì)胞群中基因表達(dá)情況，其中還包括細(xì)胞外基質(zhì)和發(fā)育相關(guān)蛋白，作者將該群體標(biāo)記為和IL11反應(yīng)的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞 (MStrCs)。雖然這個(gè)群體沒(méi)有表達(dá)典型的間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSC)標(biāo)記物，但其表現(xiàn)了普遍存在于干細(xì)胞相關(guān)基因的顯著特征，這表明它可能是一種未特征化的間充質(zhì)干細(xì)胞前體。之前的研究已經(jīng)描述過(guò)間充質(zhì)干細(xì)胞與白細(xì)胞之間的相互作用由多種細(xì)胞因子和趨化因子調(diào)節(jié)的。

在本文的研究中，作者著重于研究?jī)蓚€(gè)分泌因子，選擇的基礎(chǔ)是基于作者之前的數(shù)據(jù)，它是由較小的亞克隆表達(dá)的且協(xié)同作用促進(jìn)轉(zhuǎn)移。IL11屬于IL6家族的細(xì)胞因子，并在多種癌癥的耐藥性進(jìn)展中起著重要的作用，包括前列腺癌和結(jié)腸癌。在乳腺癌中，IL11被認(rèn)為和治療的耐藥性和骨轉(zhuǎn)移相關(guān)，以及作為不良預(yù)后的標(biāo)志物。FIGF是VEGFR2和VEGFR3的配體，可以刺激血管生成和淋巴管生成。

本文發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞可能不是IL11直接作用的細(xì)胞靶點(diǎn)，但可通過(guò)間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞分泌因子（MStrCs）間接影響IL11。有趣的是，這些基質(zhì)細(xì)胞也表達(dá)PLXDC2和ANTXR1，這在腫瘤相關(guān)的內(nèi)皮細(xì)胞中是高表達(dá)的。因此，這些IL11RA陽(yáng)性的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞可能是產(chǎn)生多種細(xì)胞類型的祖細(xì)胞。對(duì)中性粒細(xì)胞亞型的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和開(kāi)發(fā)導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移的中性粒細(xì)胞靶向工具結(jié)合抗腫瘤細(xì)胞靶點(diǎn)的藥物，有可能被用于預(yù)防乳腺癌轉(zhuǎn)移研究。

PerkinElmer IVIS小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)在該研究中提供了支持，如需了解詳情歡迎與我們的工程師取得聯(lián)系。

點(diǎn)此了解IVIS小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)

關(guān)于珀金埃爾默：

珀金埃爾默致力于為創(chuàng)建更健康的世界而持續(xù)創(chuàng)新。我們?yōu)樵\斷、生命科學(xué)、食品及應(yīng)用市場(chǎng)推出*的解決方案，助力科學(xué)家、研究人員和臨床醫(yī)生解決棘手的科學(xué)和醫(yī)療難題。憑借深厚的市場(chǎng)了解和技術(shù)專長(zhǎng)，我們助力客戶更早地獲得更準(zhǔn)確的洞見(jiàn)。在，我們擁有12500名專業(yè)技術(shù)人員，服務(wù)于150多個(gè)國(guó)家，時(shí)刻專注于幫助客戶打造更健康的家庭，改善人類生活質(zhì)量。2018年，珀金埃爾默年?duì)I收達(dá)到約28億美元，為標(biāo)準(zhǔn)普爾500指數(shù)中的一員，紐交所上市代號(hào)1-877-PKI-NYSE。