來(lái)源：生物探索 2021-12-18 12:34
白血病，一種令人談虎色變的癌癥。在我國(guó)，白血病的發(fā)病率在各類腫瘤中占據(jù)第六位，而患病人群中又以低齡兒童為多。白血病是一類造血干細(xì)胞惡性克隆性疾病，因?yàn)樵鲋呈Э?、分化障礙、凋亡受阻等機(jī)制在骨髓和其他造血組織中大量增殖累積抑制了正常的造血功能。臨床可見不同程度的貧血、出血、感染發(fā)熱以及肝、脾、淋巴結(jié)腫大和骨骼疼痛。幾年前，倫敦大學(xué)學(xué)院的科
白血病，一種令人談虎色變的癌癥。在我國(guó)，白血病的發(fā)病率在各類腫瘤中占據(jù)第六位，而患病人群中又以低齡兒童為多。白血病是一類造血干細(xì)胞惡性克隆性疾病，因?yàn)樵鲋呈Э亍⒎只系K、凋亡受阻等機(jī)制在骨髓和其他造血組織中大量增殖累積抑制了正常的造血功能。臨床可見不同程度的貧血、出血、感染發(fā)熱以及肝、脾、淋巴結(jié)腫大和骨骼疼痛。
幾年前，倫敦大學(xué)學(xué)院的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，一些患有常見兒童癌癥類型的患者對(duì)治療沒(méi)有反應(yīng)，這是由一種罕見且未曾被識(shí)別的癌細(xì)胞在化療期間“休眠”并抵抗其作用所造成的。
而最近的一項(xiàng)發(fā)表于Nature Cancer的研究首次揭示了為什么少數(shù)白血病細(xì)胞能夠在B細(xì)胞前體急性淋巴細(xì)胞白血病 (BCP-ALL) 化療的關(guān)鍵前 28 天中存活下來(lái)。由于約20%的BCP-ALL患者死于這種疾病，許多幸存患者因治療時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和強(qiáng)度過(guò)大而遭受長(zhǎng)期并發(fā)癥，迫切需要更有效且毒性更小的療法，而這項(xiàng)開創(chuàng)性的研究為如何設(shè)計(jì)此類治療提供了新的思路。
與所有癌癥一樣，當(dāng)正常細(xì)胞獲得多個(gè)基因突變時(shí)，就會(huì)發(fā)生 BCP-ALL。迄今為止，普遍持有的觀點(diǎn)是，癌細(xì)胞中突變的精確組合決定了它在治療后是否會(huì)保留下來(lái)，并可能導(dǎo)致疾病復(fù)發(fā)。
該研究團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)分析那些在患者完成初始治療后殘留的細(xì)胞來(lái)探索BCP-ALL治療抵抗的機(jī)制，但是這種細(xì)胞稀少且難以直接分離。為了克服這個(gè)問(wèn)題他們開發(fā)了一種創(chuàng)新的小鼠模型，將 BCP-ALL 患者的細(xì)胞移植到小鼠體內(nèi)然后接受化療。
令研究人員驚訝的是，化療沒(méi)有對(duì)耐藥癌細(xì)胞進(jìn)行基因選擇，同時(shí)也并沒(méi)有出現(xiàn)像人們預(yù)判的那樣共享任何特定的突變組合。此外，他們還發(fā)現(xiàn)抗性細(xì)胞確實(shí)具有一類特性——抗性細(xì)胞狀態(tài)。這種狀態(tài)的特征包括骨髓干細(xì)胞的基因表達(dá)模式以及表明抗性細(xì)胞處于 “睡眠模式”。這是首次在未經(jīng)治療的白血病中觀察到休眠細(xì)胞。
在解釋這項(xiàng)研究時(shí)，主要作者Virginia Turati博士（來(lái)自倫敦大學(xué)學(xué)院癌癥研究所）說(shuō)：“我們想了解為什么BCP-ALL在一些患者中復(fù)發(fā)，而在其他患者中沒(méi)有。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)這種疾病由攜帶不同組合的多種細(xì)胞類型產(chǎn)生基因突變時(shí)，我們假設(shè)某些突變組合會(huì)比其他突變更糟糕，并使某些細(xì)胞能夠通過(guò)治療持續(xù)存在，這將成為疾病復(fù)發(fā)理論支撐?！?/p>
研究團(tuán)隊(duì)下一步將考慮如何利用這一特性治療BCP-ALL。倫敦癌癥研究所的Mel Greaves教授同樣參與了這項(xiàng)研究，他認(rèn)為可以先確定休眠細(xì)胞具有哪些特殊的標(biāo)志物，然后患者在經(jīng)過(guò)化療之后就能進(jìn)行對(duì)應(yīng)追蹤測(cè)試，看看是否還存在休眠的癌細(xì)胞。
還有一種方式，就是在化療之前激活全部的休眠細(xì)胞，然后再集體殺滅?！鞍┘?xì)胞會(huì)一直設(shè)法在休眠和清醒的狀態(tài)中切換，而化療期間碰巧處于休眠的細(xì)胞則能逃過(guò)一劫”。Greaves教授表示，這種先激活再殺滅的方式或許能解決眾多成人和兒童白血病患者的復(fù)發(fā)問(wèn)題。
同樣是在近日刊登的Nature Cancer上，來(lái)自西奈山醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了題為：“A tumor-derived type III collagen-rich ECM niche regulates tumor cell dormancy”的研究成果，進(jìn)一步明確了癌細(xì)胞“休眠”的信號(hào)通路。研究表明休眠癌細(xì)胞通過(guò)在其周圍的細(xì)胞外基質(zhì)中（ECM）分泌一種稱為 III 型膠原蛋白的蛋白來(lái)保持自己處于休眠/激活狀態(tài)。III 型膠原蛋白如同“開關(guān)”一樣，當(dāng)癌細(xì)胞ECM中這種膠原蛋白豐富時(shí)，可以迫使其保持休眠狀態(tài)并防止腫瘤復(fù)發(fā)，而當(dāng)膠原蛋白水平逐漸下降時(shí)才會(huì)逐漸變成惡性腫瘤。
最終研究人員確定了III型膠原/DDR1/STAT1信號(hào)通路作為構(gòu)建富含III型膠原蛋白的ECM微環(huán)境所需的信號(hào)節(jié)點(diǎn)。
首先，為了確定休眠期和增殖期腫瘤細(xì)胞周圍ECM的三維結(jié)構(gòu)組織，研究人員利用多光子二次諧波成像（SHG），分析了幾個(gè)細(xì)胞休眠模型及其增殖對(duì)應(yīng)物的膠原纖維方向：增殖型（T-HEp3）和休眠型（D-HEp3）頭頸部鱗癌（HNSCC），以及兩個(gè)增殖型和休眠型乳腺腫瘤模型（4T1和D2.1A腫瘤和各自的休眠對(duì)應(yīng)物4T07和D2.OR）。研究結(jié)果顯示，休眠期腫瘤的ECM具有波浪形的膠原纖維，與增殖期腫瘤相比，其膠原纖維的排列和方向有所減少。
鑒于在休眠期和增殖期腫瘤的ECM組織之間觀察到的結(jié)構(gòu)差異，研究人員決定進(jìn)一步探索體內(nèi)休眠期癌細(xì)胞周圍的ECM組織。原發(fā)腫瘤切除后，殘留癌細(xì)胞的多光子SHG成像顯示，單個(gè)腫瘤細(xì)胞周圍的膠原纖維排列不整齊且高度卷曲。
為了進(jìn)一步確認(rèn)含有這些排列不整齊且高度卷曲膠原纖維的殘留癌細(xì)胞是否處于休眠狀態(tài)，研究人員使用了一種CDK2生物傳感器，可以用熒光顯微鏡識(shí)別細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞周期的每個(gè)階段。研究結(jié)果顯示，肺部殘留癌細(xì)胞和獨(dú)立的休眠癌細(xì)胞（DTC）的圖像分析顯示，DTC細(xì)胞在細(xì)胞核中有很強(qiáng)的傳感器積累，表明這些細(xì)胞確實(shí)是在細(xì)胞周期G0/G1中，處于休眠和阻滯狀態(tài)。另一方面，細(xì)胞簇顯示了在細(xì)胞周期不同階段的癌細(xì)胞的混合種群，證實(shí)了它們的增殖狀態(tài)。此外，研究人員進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)增殖性原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞周圍膠原纖維排列增加，表明休眠激活的增殖癌細(xì)胞能夠重塑有利于排列的膠原纖維ECM。
以上這些結(jié)果表明，休眠細(xì)胞周圍的膠原纖維具有非線性排列和波浪形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并能在癌細(xì)胞重新激活時(shí)轉(zhuǎn)換為高度的線性方向。
由于休眠期和增殖期的腫瘤ECM在結(jié)構(gòu)上是不同的，研究接下來(lái)試圖確定它們的組成或“基質(zhì)體”是否有差異。研究人員對(duì)脫細(xì)胞的T-HEp3生長(zhǎng)的腫瘤和D-HEp3休眠結(jié)節(jié)進(jìn)行了質(zhì)譜分析。結(jié)果顯示，休眠期癌細(xì)胞的基質(zhì)體高度富集膠原蛋白。進(jìn)一步的腫瘤切片的免疫熒光染色顯示，與增殖期的T-HEp3相比，D-HEp3中膠原蛋白（I、III、IV、V和VI型）的豐度更高。此外，研究人員利用人-鼠異種移植瘤模型進(jìn)一步確定了腫瘤細(xì)胞（人類蛋白序列）和基質(zhì)細(xì)胞（小鼠蛋白序列）對(duì)基質(zhì)體生產(chǎn)的相對(duì)貢獻(xiàn)。數(shù)據(jù)表明，休眠期腫瘤的ECM富含膠原蛋白，其中III型膠原蛋白是休眠期癌細(xì)胞產(chǎn)生的最豐富的膠原ECM蛋白質(zhì)。
以上這些結(jié)果表明，休眠期癌細(xì)胞衍生的ECM富含III型膠原蛋白。
鑒于III型膠原蛋白在休眠腫瘤中的高度富集，研究人員進(jìn)一步探索在高度增殖的腫瘤微環(huán)境中增加III型膠原蛋白的濃度是否能促使癌細(xì)胞進(jìn)入休眠狀態(tài)并阻止其生長(zhǎng)。首先研究人員使用雞胚尿囊膜（CAM）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一系列體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，將T-HEp3細(xì)胞接種到有或沒(méi)有I型、III型或IV型膠原蛋白的CAM上。結(jié)果顯示，只有與III型膠原蛋白共同注射的腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的腫瘤明顯較小。此外，進(jìn)一步的研究顯示，體內(nèi)腫瘤生長(zhǎng)的抑制是膠原蛋白誘導(dǎo)腫瘤休眠所致，而不是細(xì)胞凋亡的結(jié)果。濃度等于或大于1mg/ml的III型膠原蛋白抑制了體外和體內(nèi)的細(xì)胞增殖，同時(shí)III型膠原蛋白沒(méi)有表現(xiàn)出細(xì)胞毒性的增加、細(xì)胞凋亡或活力下降。
接下來(lái)，研究人員試圖確定用含III型膠原蛋白的生物工程支架處理局部殘留的癌細(xì)胞（原發(fā)腫瘤切除后觀察到的）是否能防止殘留的休眠癌細(xì)胞的蘇醒。研究結(jié)果顯示，用含III型膠原蛋白的支架治療的小鼠中只有20%在腫瘤手術(shù)后出現(xiàn)復(fù)發(fā)，而對(duì)照組中出現(xiàn)80%的腫瘤復(fù)發(fā)。
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