2023-04-13

Mol Cancer | 贴壁悬浮转化促进癌症转移扩散：相关分子有望成为新靶点

原创 Candy 图灵基因 2023-04-13 10:11 发表于江苏

撰文：Candy

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推荐度：⭐⭐⭐⭐⭐

亮点：

1、作者团队证明悬浮细胞可以通过添加赋予转移性状的确定的造血因子直接从贴壁细胞产生。

2、为癌症转移提供了新的理论基础，并揭示了AST因子作为解决实体瘤细胞播散的有希望的治疗靶点，将流行的癌症治疗范式扩展到癌症转移扩散的直接干预。

核心词汇：

AST（Adherent-to-Suspension Transition）：贴壁到悬浮的转化，通过定义的造血转录调节因子将贴壁细胞重新编程为悬浮细胞。

近日，韩国延世大学医学院的研究人员Hyunbin D. Huh, Yujin Sub, Jongwook Oh, Ye Eun Kim等人在国际知名期刊Molecular Cancer上发表了题为“Reprogramming anchorage dependency by adherent-to-suspension transition promotes metastatic dissemination”的论文。作者团队建立一种称为“贴壁到悬浮过渡”（AST）的范式，该范式探索了在循环肿瘤细胞（CTC）传播过程中涉及重编程实体肿瘤细胞锚定依赖性的未描述元素和机制。通过引入定义的因子直接实现贴壁（A）和悬浮（S）细胞类型之间的锚定依赖性或细胞—基质相互作用，探讨实体肿瘤细胞如何劫持造血转录调节因子，以诱导贴壁到悬浮的转变，在实体肿瘤细胞的扩散过程中导致CTC形成。

作者团队分析了来自公开数据库的141个贴壁细胞系和39个悬浮细胞系的各种细胞类型的基因表达谱(图1A), 转录组分析显示两种细胞之间存在负相关和离散模式（图1B）,并鉴定了数千个差异表达的基因后，选择了20个候选因子指定为候选AST因子，重点关注主要在造血谱系中表达的转录调节因子（图1C-E）。

通过一系列体外和体内测定评估AST的机制（图1F-N），这些结果表明，将贴壁细胞的锚定依赖性重新编程为悬浮细胞是一个细胞自主过程，可以通过一组定义的造血转录因子来实现。最后实验发现任何单个AST因子的表达都无法上调其他成分的水平，确定了一组最少的四个因子，并且当排除四个因素中的任何一个时，AST诱导的效率显着降低，这表明这四个因素合作实现AST。因此，最终确定了转录调节因子IKZF1，NFE2，BTG2和IRF8的组合，作为赋予贴壁细胞锚定性生长的第一个基本4AST因子（图1O-R）。

在HEK2A-293贴壁细胞中，粘附灶处的整合素-ECM相互作用介导细胞-基质粘附。而HEK2A-293AST细胞中最突出的基因特征之一是参与粘附组装和整合素-ECM相互作用的基因的全局抑制（图2B-D），这与悬浮细胞谱是一致的。因此在表型上，发现HEK2A-3AST细胞继续成簇生长，这表明AST因子抑制细胞-基质相互作用，但不抑制细胞-细胞相互作用。为了进一步确认，通过在ECM包被的板中培养细胞，加强黏附组装然后诱导AST，结果表明ECM-整合素粘附的丧失是AST的关键过程（图2E-F)。

进一步实验研究发现AST因子通过诱导LATS激酶显著抑制YAP-TEAD靶基因和Hippo相关基因特征的表达，并减少TEAD2基因座的表达和H3K27ac(图2G-I)。因此，AST因子与粘附转录调节因子（如YAP-TEAD）之间的拮抗作用构成了控制锚定依赖性重编程的关键机制。

通常，细胞—基质粘附的丧失通过与细胞内活性氧(ROS) 增加相关的氧化应激诱导失巢凋亡。为了确定 AST 因子是否足以缓解细胞脱离引发的氧化应激，又进行悬浮细胞中的细胞内 ROS 水平的测量。AST 因子介导的细胞脱离与显着较低的 ROS 水平相关（图 3A），并发现 AST 诱导的悬浮细胞特异性表达显着更高HBA1 和 HBA2的水平，它们编码主要在红细胞中表达的 α-珠蛋白链，增加的 HBA1/2 表达与每个位点H3K27 乙酰化的增加有关（图3B-D）。而原发性肿瘤传播的循环肿瘤细胞 (CTC) 已被证明可以表达某些血红蛋白基因亚型，以抑制细胞内 ROS 和细胞死亡。

为了研究HBA1/2 在 AST 诱导的失巢凋亡抗性中的作用，通过 siRNA 敲低（图3E-F）和氯化血红素处理（图3G-H）耗尽 HBA1/2。我们发现 HBA1/2 的下调在HEK293A-4AST 细胞中诱导失巢凋亡，但在对照贴壁细胞中没有，这是通过抗氧化剂处理抑制的 ROS 显着积累引起的。这些结果表明 AST 因子介导的HBA1/2 诱导有助于悬浮细胞的失巢凋亡抗性。

为了研究AST范式在源自实体瘤（如乳腺癌和黑色素瘤细胞）的循环肿瘤细胞（CTC）的转移传播和存活过程中的体内相关性,接下来作者团队从乳腺癌和黑色素瘤小鼠异种移植模型和新发转移患者中收集原发肿瘤、CTC 和转移肿瘤的配对样本（图4），AST因子在转移级联中从播散到定植的动态表达与乳腺癌CTC一致，黑色素瘤CTC表现出AST因子的上调，而AST因子在原发性肿瘤细胞中不存在。

此外， AST因子的表达降低到与原发性肿瘤细胞相当的水平，表明癌细胞中AST的可塑性与其锚定依赖性相关。总的来说，关键AST因子的诱导和锚定依赖的重编程机制在播散性乳腺癌和黑色素瘤CTC中得到了概括。这些结果表明，CTCs可以通过AST因子的空间和时间调节来劫持特定的造血程序，从原发部位传播并在循环中存活。

为了确定CTC中AST因子的诱导对于乳腺癌细胞的转移性播散是否必要，通过shRNA敲低，基因编辑和药理学抑制进行功能丧失实验，以阻止转移并延长生存期（图5）。尽管两组小鼠都携带着相当大小的肿瘤，但阻断AST因子的诱导显着减少了循环中CTC的数量，表明AST因子阻断特异性地干扰癌细胞的播散。接下来发现阻断AST因子的诱导显着减少了远处肺转移的数量和大小从而提高小鼠的长期存活率。这些结果表明，体内抑制AST因子可有效防止血源性转移，提高生存率。这些数据证明了AST因子在实体瘤播散中的生理相关性，并通过阻碍AST因子诱导的癌细胞播散和加强锚定依赖性，为有效的抗转移剂提供了依据。

结论

本研究论文建立了一个前所未有的模拟框架，分析了血细胞特异性转录本，选择了关键的贴壁到悬浮转化（AST）因子，表明来自小鼠模型和患者的CTC定义了造血转录调节因子，其通过粘附到悬浮过渡机制重新编程锚定依赖性。靶向AST因子特异性阻断CTC的产生和转移，而不影响原发肿瘤的生长。并且这些因子能够以可诱导和可逆的方式将贴壁细胞的锚定依赖性重新编程为悬浮细胞。AST为癌症转移提供了新的理论基础，并揭示了AST因子作为解决实体瘤细胞播散的有希望的治疗靶点。

教授介绍

Heon Yung Gee，现就职于延世大学医学院。致力于研究各种人类疾病的遗传基础和相关病理生理学，通过研究遗传学来更多地了解肾脏疾病、皮肤病、肝病和听力损失的原因。

参考文献

[1] Huh H D, Sub Y, Oh J, et al. Reprogramming anchorage dependency by adherent-to-suspension transition promotes metastatic dissemination[J]. Mol Cancer, 2023, 22(1): 63.

DOI: 10.1186/s12943-023-01753-7