腫瘤異質(zhì)性及轉移性

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

癌癥基因組測序研究已經(jīng)確定了原發(fā)性和轉移性腫瘤之間具有極小的遺傳差異，并顯示原位腫瘤和遠處轉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)境變化是腫瘤轉移傳播和生長的主要媒介，從而突出了在腫瘤進展中的非細胞自發(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：《亞克隆合作通過修飾局部和全身的免疫微觀環(huán)境驅動腫瘤轉移》

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

探究驅動轉移的亞克隆協(xié)同作用分子機制

本文用人類乳腺癌細胞系(MDAMB-468)的腫瘤（來源于異質(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)證實一個小的亞克隆通過非細胞自主的相互作用可以驅動腫瘤生長。本文測試了18個亞克隆，每一種表達一種與轉移和血管再生有關的分泌蛋白。并發(fā)現(xiàn)具有全部18個亞克隆的多克隆腫瘤生長快（上圖a）。相反只有白細胞介素11 (IL11) 和趨化因子 (C-C motif) 配體5在單克隆腫瘤能夠促進腫瘤生長。我們還確定了表達IL11和低聚果糖誘導生長因子（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制腫瘤這種生長特點。

克隆之間合作導致多克隆轉移

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，揭示了IL11和FIGF因子在腫瘤生長中的協(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移性（上圖b）。

本文首先驗證含有IL11+和FIGF+驅動因子的原發(fā)性轉移瘤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親本細胞，紅色熒光蛋白 (RFP)植入v5標記的IL11+細胞、RFP+FIGF+細胞植入到免疫缺陷NOG小鼠的乳腺脂肪墊。我們每周用卡尺測量原發(fā)腫瘤的生長情況并通過每周生物發(fā)光觀察轉移病灶成像。多克隆腫瘤（含5% IL11+、5%的FIGF+RFP+細胞和90%的GFP+親本細胞）生長較快，轉移性更強與單克隆和親本腫瘤相比（如下圖a）。

中性粒細胞的系統(tǒng)性表達降低抑制了由IL11+和FIGF+亞克隆驅動的多克隆腫瘤的轉移擴散(或生長)，因此，中性粒細胞的表型和功能特點取決于宿主環(huán)境。

CD45+細胞群的單細胞分析

鑒于作者之前的結果表明，中性粒細胞促進腫瘤轉移。作者比較了DOX+或DOX-誘導小鼠血液和肺中性粒細胞單細胞轉錄組特點。IL11和FIGF誘導上調(diào)了幾個信號通路如：TGFβ和JAK-STAT信號通路，它們與中性粒細胞的免疫系統(tǒng)中腫瘤預生成和預轉移有關，這些特征來自肺部，而不是來自血液。盡管中性粒細胞在肺部有變化，作者通過single-cell RNA-seq沒有檢測到IL11或GIGF受體的表達。然而，IL11RA的細胞轉錄本在單獨的細胞組中明顯存在，這些細胞不能歸為中性粒細胞或其他白細胞亞群。

這些IL11RA陽性細胞表達編碼GP130和SATA3的IL6ST基因，GP130是IL11信號通路中所必需的共同受體。STAT3是LI11下游的作用因子?；诩毎褐谢虮磉_情況，其中還包括細胞外基質(zhì)和發(fā)育相關蛋白，作者將該群體標記為和IL11反應的間充質(zhì)基質(zhì)細胞 (MStrCs)。雖然這個群體沒有表達典型的間充質(zhì)干細胞 (MSC)標記物，但其表現(xiàn)了普遍存在于干細胞相關基因的顯著特征，這表明它可能是一種未特征化的間充質(zhì)干細胞前體。之前的研究已經(jīng)描述過間充質(zhì)干細胞與白細胞之間的相互作用由多種細胞因子和趨化因子調(diào)節(jié)的。

在本文的研究中，作者著重于研究兩個分泌因子，選擇的基礎是基于作者之前的數(shù)據(jù)，它是由較小的亞克隆表達的且協(xié)同作用促進轉移。IL11屬于IL6家族的細胞因子，并在多種癌癥的耐藥性進展中起著重要的作用，包括前列腺癌和結腸癌。在乳腺癌中，IL11被認為和治療的耐藥性和骨轉移相關，以及作為不良預后的標志物。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)白細胞可能不是IL11直接作用的細胞靶點，但可通過間充質(zhì)基質(zhì)細胞分泌因子（MStrCs）間接影響IL11。有趣的是，這些基質(zhì)細胞也表達PLXDC2和ANTXR1，這在腫瘤相關的內(nèi)皮細胞中是高表達的。因此，這些IL11RA陽性的間充質(zhì)基質(zhì)細胞可能是產(chǎn)生多種細胞類型的祖細胞。對中性粒細胞亞型的進一步認識和開發(fā)導致腫瘤轉移的中性粒細胞靶向工具結合抗腫瘤細胞靶點的藥物，有可能被用于預防乳腺癌轉移研究。

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