成纖維細(xì)胞調(diào)節(jié)腫瘤形成的分子機(jī)制

一項刊登在國際雜志Nature Reviews Cancer上題為“Fibroblasts orchestrate tumour initiation”的研究報告中，研究人員分析了成纖維細(xì)胞調(diào)節(jié)機(jī)體腫瘤發(fā)生的分子機(jī)制。

結(jié)直腸癌（CRCs，colorectal cancers）起源于腸道隱窩（intestinal crypts）中的上皮干細(xì)胞，但研究人員并不清楚周圍間質(zhì)細(xì)胞是否能夠促進(jìn)腫瘤發(fā)生，研究者Roulis等人對小鼠進(jìn)行單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）來分析腸道間質(zhì)細(xì)胞的特征，結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，腸道隱窩中存在一種罕見的成纖維細(xì)胞群，其或能以一種旁分泌的方式來促進(jìn)腸道腫瘤的發(fā)生。

研究者通過scRNA-seq識別出了多個成纖維細(xì)胞群，對這些細(xì)胞進(jìn)行相關(guān)的通路分析結(jié)構(gòu)表明，兩種亞群細(xì)胞中存在花生四烯酸的富集，而且該通路與結(jié)直腸癌發(fā)生強(qiáng)烈相關(guān)，抑制該通路中名為PTGS2（prostaglandin-endoperoxide synthase 2，前列腺素-內(nèi)過氧化物合酶2，也稱為環(huán)氧合酶2（COX2））的酶類的表達(dá)就能有效抑制結(jié)直腸癌發(fā)生，但目前研究人員并不清楚其中的分子機(jī)制。對小鼠腸道的免疫染色結(jié)果顯示，PTGS2水平較高的成纖維細(xì)胞群之一就是肌肉層中名為Cajal細(xì)胞的細(xì)胞群，第二種則是一種腸道隱窩中干細(xì)胞區(qū)域附近的罕見細(xì)胞亞群，研究者將這類細(xì)胞稱之為罕見隱窩PTGS2成纖維細(xì)胞（RPPFs）。

對小鼠進(jìn)行成纖維細(xì)胞的Ptgs2特異性敲除結(jié)果表明，成纖維細(xì)胞是腸道中PTGS2的主要來源，為了確定該通路在腫瘤形成過程中扮演的關(guān)鍵角色，研究者將ApcMin/+小鼠（會自發(fā)產(chǎn)生腸道腫瘤）與成纖維細(xì)胞中缺失Ptgs2的小鼠進(jìn)行雜交，這些ApcMin/+；Ptgs2Δfibr小鼠就會表現(xiàn)出腫瘤形成的減少，但形成的腫瘤大小并沒有什么差異，這就表明成纖維細(xì)胞中PTGS2對于腫瘤開端（并非生長）非常重要。研究者利用另外兩種小鼠模型也觀察到了相似的結(jié)果，一種是在ApcMin/+小鼠中誘導(dǎo)Ptgs2在成纖維細(xì)胞中的表達(dá)，另一個是通過在Ptgs2Δfibr小鼠中注射誘變劑氧化偶氮甲烷來驅(qū)動腸道腫瘤的形成。

脂質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果表明，與對照小鼠相比，Ptgs2Δfibr小鼠機(jī)體腸道中前列腺素E2（PGE2）和前列腺素l2（PGI2）的分泌量會減少，因此PGE2或許扮演著促進(jìn)腫瘤生成的角色，研究者就推測，成纖維細(xì)胞衍生的PGE2或許在小鼠模型腸道腫瘤發(fā)生過程中扮演著重要角色。為了深入分析PGE2的關(guān)鍵角色，研究者將來自野生型小鼠機(jī)體中的腸道隱窩組織在外源性PGE2存在的情況下置于類器官生長培養(yǎng)基（OGM）中培養(yǎng)，這就會促進(jìn)球狀體的生長而并非典型的具有隱秘結(jié)構(gòu)的芽殖類器官生長，這也揭示了缺乏分化和增加干細(xì)胞樣形成的產(chǎn)生。

研究者指出，腸道上皮細(xì)胞中PGE2的關(guān)鍵受體是PTGER4，而在PGE2存在的情況下，腸道上皮細(xì)胞中缺失Ptger4的隱窩OGM培養(yǎng)物(Ptger4ΔIEC)依然會保持分化狀態(tài)；類似地，當(dāng)對照組（不含Ptger4ΔIEC隱窩）與OGM中的成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)時，球狀體就會生長，scRNA-seq結(jié)果就支持了上皮細(xì)胞中干細(xì)胞功能的增加來通過PTGER4對信號響應(yīng)，更為重要的是，這一途徑誘導(dǎo)細(xì)胞群體的擴(kuò)張，使其作為儲備干細(xì)胞（RSCs）來發(fā)揮功能。

PTGER4的激活會誘導(dǎo)YAP1靶向基因的轉(zhuǎn)錄，而當(dāng)OGM中存在成纖維細(xì)胞時，從腸道隱窩（Yap1ΔIEC隱窩）中剔除Yap1或會抑制球狀體的形成，此外，在Yap1ΔIEC隱窩和成纖維細(xì)胞的共培養(yǎng)物中，RSC的擴(kuò)張會被阻斷；利用PGE2刺激野生型類器官培養(yǎng)物或會誘導(dǎo)YAP1去磷酸化、核轉(zhuǎn)位及下游轉(zhuǎn)錄過程，這些都能通過PTGER4抑制劑被阻斷。研究者還在ApcMin/+小鼠的早期腺瘤中觀察到了YAP1的核定位，以及表達(dá)SCA1（RSC的一個標(biāo)志物及YAP1的靶向基因）的細(xì)胞群體的擴(kuò)張現(xiàn)象。而這些在ApcMin/+；Yap1ΔIEC小鼠或ApcMin/+；Ptger4ΔIEC小鼠中均未觀察到，而且這些小鼠也會產(chǎn)生較少的腫瘤，與研究者早期進(jìn)行研究的小鼠模型一樣，少數(shù)形成的腫瘤并沒有減少生長，這就再次提示了腫瘤的開始，但并不是生長，而且其會受到這一途徑的影響。

研究者表示，從正常人類結(jié)腸組織中分離出的隱窩類器官培養(yǎng)物會在PGE2存在的情況下形成球狀體細(xì)胞，而這會被PTGER4抑制劑所阻斷，此外，對來自結(jié)直腸癌腫瘤患者的組織進(jìn)行YAP1的免疫染色結(jié)果提示，YAP1是腫瘤的核心，但其與正常組織并無關(guān)系。最后研究者表示，本文研究揭示了一種成纖維細(xì)胞驅(qū)動的分子通路如何引發(fā)腫瘤的發(fā)生，由于COX2抑制劑毒性已經(jīng)能夠抑制其在癌癥預(yù)防過程中的使用，而且目前研究者能夠獲得PTGER4抑制劑，因此他們非常感興趣研究是否PTGER4抑制劑能用于抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生。