| 導讀 | 轉(zhuǎn)移如何發(fā)生？這一直是癌癥生物學的核心問題之一。近日，發(fā)表在Nature雜志上的一項研究中，來自美國的科學家小組似乎解開了部分謎團。 |
圖片來源：Nature（DOI:10.1038/nature25432）
研究中，來自Weill Cornell Medicine和Memorial Sloan Kettering癌癥中心等機構(gòu)的科學家們追蹤了由染色體不穩(wěn)定性（癌細胞的普遍特征）導致的一系列復雜事件。利用乳腺癌和肺癌模型，他們發(fā)現(xiàn)，癌癥轉(zhuǎn)移可能是由腫瘤細胞內(nèi)的DNA慢性泄漏（chronic leakage of DNA）所引起的。
論文的共同第一作者Samuel Bakhoum博士解釋說：“染色體不穩(wěn)定性導致了DNA從癌細胞的細胞核泄漏，引發(fā)細胞內(nèi)的慢性炎癥反應，從而使得細胞能夠向遠處器官擴散。”
Samuel Bakhoum博士（圖片來源：Memorial Sloan Kettering癌癥中心）
1500多個基因活性異常升高
轉(zhuǎn)移導致了90%的癌癥死亡。先前，已有研究將染色體不穩(wěn)定性和癌癥轉(zhuǎn)移聯(lián)系起來，但是，并沒有弄清楚這種關(guān)聯(lián)背后的機制。在該研究中，科學家們開始的假設是，染色體不穩(wěn)定性會產(chǎn)生大量的基因不同的腫瘤細胞，而達爾文的自然選擇過程會促使那些能夠轉(zhuǎn)移和形成遠端腫瘤的細胞存活下來。
研究中，當他們將染色體不穩(wěn)定的腫瘤細胞注射到小鼠體內(nèi)時，確實發(fā)現(xiàn)，這些細胞比“染色體不穩(wěn)定性被抑制的腫瘤細胞”更有可能擴散和形成新的腫瘤。
隨后，研究人員調(diào)查了這兩組腫瘤細胞的基因活性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，那些染色體不穩(wěn)定性高的細胞中有1500多個基因活性異常升高，尤其是與炎癥和對抗病毒感染的免疫反應相關(guān)的基因。
Bakhoum博士說：“我們對此感到非常驚訝，并想知道是什么導致了這種炎癥反應?！?/p>
把泄漏DNA“誤認為”病毒DNA
來自其他實驗室的一些近期研究也為科學家們提供了線索：不穩(wěn)定的腫瘤細胞中的染色體有時會從細胞核（染色體通常“居住”的地方）中泄漏出來。這些被漏出來的、錯誤定位的（mis-located）染色體會將自己進行壓縮，形成“微核”（micronuclei）。然而，微核最終還是傾向于破裂，將裸露的DNA釋放到細胞質(zhì)基質(zhì)（cytosol）中。
而細胞會將這種泄露的DNA“誤認為”是一種感染病毒的信號。因為病毒在第一次攻擊一個細胞時，往往會釋放它的DNA到細胞質(zhì)（cytoplasm）中。不過，人類細胞已經(jīng)進化出了對抗這種病毒感染的途徑，即，利用cGAS-STING通路。一旦被激活，該通路就會觸發(fā)炎癥性抗病毒程序。
DNA (green) residing in fluid outside of cells' main nuclei. Image credit: Wenjing Wu/Memorial Sloan Kettering Cancer Center/Nature
Bakhoum博士和同事們分析了染色體不穩(wěn)定的腫瘤細胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些細胞確實含有大量的細胞溶質(zhì)DNA，并且顯示了抗病毒cGAS-STING蛋白慢性激活的證據(jù)。此外，研究證實，降低cGAS-STING水平會減少炎癥，阻止侵襲性腫瘤細胞被注射給小鼠后轉(zhuǎn)移的能力。
“逃跑”的癌細胞是如何轉(zhuǎn)移的？
在普通細胞中，由細胞核DNA泄露刺激的抗病毒反應很快就會導致細胞死亡。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞不但成功抑制了cGAS-STING響應的這一“致命原理”，同時，還能利用該響應的其他部分（other parts of the response）使自己脫離腫瘤，變得可在體內(nèi)移動。
這是因為，想“逃跑”的腫瘤細胞開始時會表現(xiàn)得好像它們是某種類型的免疫細胞。這些免疫細胞通常由感染激活，然后快速移動到機體的感染或受傷部位。通過“借鑒”免疫細胞的這種行為，癌細胞進行了致命的免疫模仿（immune mimicry）。
有望對癌癥藥物研發(fā)有長遠影響
研究人員估計，基于關(guān)于轉(zhuǎn)移性腫瘤性質(zhì)的近期研究，約一半人類癌癥轉(zhuǎn)移是通過上述途徑發(fā)生的。現(xiàn)在，他們正在調(diào)查阻斷這一過程的策略?？茖W家們認為，盡管這一發(fā)現(xiàn)主要是基礎科學上的進步，但也有望對癌癥藥物的研發(fā)有長遠影響。
參考資料：
How cancer metastasis happens: Researchers reveal a key mechanism
Chromosomal instability is a hallmark of cancer that results from ongoing errors in chromosome segregation during mitosis. Although chromosomal instability is a major driver of tumour evolution, its role in metastasis has not been established. Here we show that chromosomal instability promotes metastasis by sustaining a tumour cell-autonomous response to cytosolic DNA. Errors in chromosome segregation create a preponderance of micronuclei whose rupture spills genomic DNA into the cytosol. This leads to the activation of the cGAS–STING (cyclic GMP-AMP synthase–stimulator of interferon genes) cytosolic DNA-sensing pathway and downstream noncanonical NF-κB signalling. Genetic suppression of chromosomal instability markedly delays metastasis even in highly aneuploid tumour models, whereas continuous chromosome segregation errors promote cellular invasion and metastasis in a STING-dependent manner. By subverting lethal epithelial responses to cytosolic DNA, chromosomally unstable tumour cells co-opt chronic activation of innate immune pathways to spread to distant organs.
