Science Advances│王紅霞團隊研究揭示乳腺癌循環腫瘤細胞異質性

責編 | 酶美

通過上皮-間充質轉化（Epithelial-mesenchymal transition, EMT）腫瘤細胞失去黏附能力，逐漸轉變成間質表型，增強其乾性、遷移轉移能力和導致治療抵抗的產生。腫瘤異質性作為腫瘤特徵之一，是腫瘤惡性生長、侵襲轉移、藥物敏感性、預後等差異的根源。循環腫瘤細胞（CTCs）和散播腫瘤細胞( DTCs) 是引起腫瘤遠處轉移的「種子」，對於CTCs與DTCs異質性、EMT動態調控、高轉移潛能亞群的研究是目前熱點之一。

2019年6月20日，Science Advances在線發表了上海市第一人民醫院王紅霞團隊的研究成果「Epithelial-type systemic breast carcinoma cells with arestricted mesenchymal transition are a major source of metastasis」。研究表明腫瘤細胞EMT並非「全」或「無」的過程，更多腫瘤細胞處於EMT中間狀態，呈現異質性特點；與間充質表型細胞（M，M/E）相比，以上皮細胞表型（E和E/M）為主細胞亞型具有更強的轉移潛能；EPCAM+ CTCs和DTCs與遠處轉移及預後差顯著相關。值得一提的是，這篇文章同時被選為本期雜誌的亮點文章(Highlight)。

腫瘤轉移起始於單個腫瘤細胞或形成Cluster從原發病灶脫落、穿透血管進入血流。部分循環腫瘤細胞（CTCs）從血管中遷移、定居到遠處臟器如肺、肝或骨髓，稱為彌散性腫瘤細胞（DTCs）。但異種移植模型顯示大部分CTCs轉移效率低下，導致這種差異的原因目前尚不明了【1】。早期研究認為腫瘤細胞可以不同程度重演EMT，使其具更強遷移和侵襲能力，從而促進轉移級聯的初始步驟。然而在乳腺癌和胰腺癌動物模型研究中，該理論受到了挑戰。2015年Nature 上兩篇全文揭示：EMT參與腫瘤化療抵抗的產生，但對腫瘤轉移並非必需【2-3】。動物模型中乳腺肺轉移的譜系追蹤顯示轉移細胞的上皮表型起源【2】。

在最新的這項研究中，課題組通過BALB/c小鼠模型模擬腫瘤轉移過程，成功分離培養26 個CTCs亞系與10個DTCs亞系，並對其EMT程度進行評分（0-400分）。觀察到從E、E/M、M/E型到M型的表型高度異質性。通過核型分析證實所有這些CTCs亞型均來源於同一母代。E/M組的細胞代謝和增殖率明顯高於M/E組，同時表現對內皮細胞、基質膠的高粘附性。間充質（M型）CTCs對臨床化療藥物具有增強抵抗力。為研究不同EMT程度CTCs轉移能力，E型、E/M型、M/E型、M型細胞重新經尾靜脈注射入BALB/c小鼠體內。實驗結果表明，與間充質表型細胞（M，M/E）相比，以上皮細胞表型（E和E/M）為主細胞亞型具有更強的轉移誘導能力，且生存時間縮短。

為驗證EPCAM表達是否可作為有效的EMT臨床樣本檢測替代標記，研究系統分析了 MBC模型中EPCAM表達與EMT表型的相關性，顯示EPCAM強表達與較高EMT評分呈負相關（r=-0.728，p<0.001）。CTCs中EPCAM高水準表達與上皮表型相關。對乳腺癌術後原發腫瘤和相應淋巴結轉移、肝轉移、肺轉移和骨轉移標本IHC染色表明，與原發性腫瘤相比，轉移病灶中EPCAM表達更高。進一步，研究人員通過差相富集與免疫熒光-染色體原位雜交(SE-iFISH)技術檢測乳腺癌患者（III- IV期）CTCs和DTCs中EpCAM表達水準。採用單細胞DNA測序探尋EpCAM+和EpCAM? CTCs的全基因組拷貝數變化（CNVs），顯示Tight junction (CLDN3, STRN, PTPN13), Mitoticcell cycle (CCNB1, SHB, EIF4EBP1, DUSP3, ABL1), Mammary gland epithelial celldifferentiation (ERBB4)和Mammary gland duct morphogenesis(GLI2，CSF1R)等調控信號的基因擴增，提示EpCAM+ CTCs在細胞粘附、增殖和上皮分化能力的增強。對提取基因差異分析顯示兩組亞群細胞中存在ERK1和ERK2級聯調控改變，而ERK（細胞外信號調節激酶）激活狀態作為表皮生長因子受體信號的關鍵整合分子,在誘導細胞增殖或進入EMT過程中發揮重要調控作用。

進一步，研究人員評估了EPCAM表達水準與MBC患者的轉移狀態和疾病結局相關。MBC患者具有較高比例的間充質型CTCs和上皮型DTCs。EPCAM+ CTCs和DTCs與遠處轉移（骨和肺轉移）顯著相關，EPCAM+DTC比例可準確預測BC患者6個月生存率和總生存率；骨髓中DTCs的EPCAM陽性率高於15-20%可預測MBC患者總體生存率顯著降低。

儘管數量較少，但CTCs和DTCs被認為是轉移起始細胞的主要來源，這不僅是一個重大的臨床挑戰，同時為臨床提供寶貴的治療機會。本項研究從形態學、分子和表型分析揭示了CTCs的EMT異質性，證實了CTCs上皮和間充質特徵共存的特點。新出現的證據表明EMT很少是一種「全或無」的狀況，相反腫瘤細胞通常採用混合EMT表型。

對其他腫瘤如攝護腺癌和膀胱癌的EMT表型研究顯示，上皮型和間充質型腫瘤起始細胞具有複雜的互相依賴機制。上皮表型是具強轉移能力腫瘤細胞的特徵，而間充質表型與轉移活性降低有關；間充質型細胞的存在加速並增強了上皮型細胞體外和體內轉移能力的增強【4】。具上皮表型為主的CTCs對內皮細胞粘附能力增強促進其滯留和隨後滲出，同時該亞型細胞增殖率的提高有助於在遠處臟器定居導致轉移。鑒於CTCs作為液體活檢來獲取腫瘤患者全身實時信息的臨床應用，早期獲FDA批準的CELLSEARCH 系統採用EPCAM作為特異性篩選的分子標記，考慮到EMT過程中EPCAM丟失的問題，該檢測系統會低估腫瘤患者血液循環系統中CTCs的實際數量；然而從另一方面，根據此項研究結果，依賴EPCAM的CTCs/DTsC富集檢測系統通過量化臨床上具有高轉移潛能的這部分亞系細胞，從而預測MBC和非轉移性乳腺癌患者的臨床結局。

德國慕尼黑大學Olivier Gires為本文共同通訊作者。劉嘯和李軍建為共同第一作者。

原文鏈接：

製版人：小嫻子

參考文獻

1. Baccelli, A.Schneeweiss, S. Riethdorf, A. Stenzinger, A. Schillert, V. Vogel, C. Klein, M.Saini, T. B?uerle, M. Wallwiener, T. Holland-Letz, T. H?fner, M. Sprick, M.Scharpff, F. Marmé, H. P. Sinn, K. Pantel, W. Weichert, A. Trumpp,Identification of a population of blood circulating tumor cells from breastcancer patients that initiates metastasis in a xenograft assay. Nat.Biotechnol. 31, 539–544 (2013).

2. K. R. Fischer, A. Durrans, S. Lee, J.Sheng, F. Li, S. T. Wong, H. Choi, T. El Rayes, S. Ryu, J. Troeger, R. F.Schwabe, L. T. Vahdat, N. K. Altorki, V. Mittal, D. Gao,Epithelial-to-mesenchymal transition is not required for lung metastasis butcontributes to chemoresistance. Nature 527, 472-476 (2015).

3. X. Zheng, J. L. Carstens, J. Kim, M.Scheible, J. Kaye, H. Sugimoto, C. C. Wu, V. S. LeBleu, R. Kalluri,Epithelial-to-mesenchymal transition is dispensable for metastasis but induceschemoresistance in pancreatic cancer. Nature 527, 525-530 (2015).

4. T. Celià-Terrassa, Y. Kang, Distinctiveproperties of metastasis-initiating cells. Genes Dev. 30, 892–908 (2016).

BioArt，一心關注生命科學，只為分享更多有種、有趣、有料的信息。關注投稿、合作、轉載授權事宜請聯繫微信ID：bioartbusiness 或郵箱：[email protected]。原創內容，未經授權，禁止轉載到其它平台。