《细胞》双重磅：癌细胞以退为进！科学家分析2500万个细胞，发现健康细胞能让癌细胞慢下来，免遭化疗“毒手”丨科学大发现

2023-12-12

临床研究

*仅供医学专业人士阅读参考肠道是人体内细胞更替较快的组织器官，这都得益于干细胞的辛勤劳作。在结肠上皮干细胞中，最受关注的可以说是一种“复活肠道干细胞”（revCSC），它负责在组织损伤后填补失去的成体干细胞。不巧的是，这种干细胞也参与结直肠癌的起源，存在于部分特定患者中，还与耐药有关。近期，伦敦大学学院和耶鲁大学学者在《细胞》杂志上同期发表了两篇论文，对revCSC的前因后果来了一次大起底。研究者们设计了一种全新的基于树结构的治疗效果分析方法Trellis，对超过2500万个单细胞进行了分析，意外地发现肿瘤相关成纤维细胞（CAF）可以将肠道干细胞极化为revCSC。由于revCSC细胞周期较为缓慢，就会免遭化疗“毒手”！在第二项研究中，研究者们进一步地分析了revCSC极化过程中的分子途径改变。论文题图实验中，研究者们选用了患者来源的类器官（PDO）来模拟个性化治疗反应，不过当前的筛选方法很难完整揭示过程中的药物反应机制和其中肿瘤微环境的影响。因此研究者开发了一个全新的筛选系统，首先是一个由十个PDO组成的高通量3D类器官共培养系统，包括PDO的单独培养和与CAF的共培养，测试药物包括临床常见的5-氟尿嘧啶（5-FU）、SN-38（伊立替康活性代谢物）、奥沙利铂、西妥昔单抗，以及实验性药物PORCN抑制剂LGK974、ATR抑制剂Berzosertib等。药物反应完成后，每个培养物被固定并解离成单个细胞，使用质谱流式细胞术分析。在总计2520个3D培养物中，研究者分析得到了3360个细胞类型特异性单细胞转录后翻译修饰信号转导数据集，包括超过1000万个PDO细胞和超过1500万个CAF细胞。如此海量的数据，非单纯的人力可以完成。研究者们又以随机决策树为基础，开发了Trellis来自动评估细胞群，从而完成同组细胞中数千个样本的内部对比。培养和筛选Trellis分析Trellis分析可以将药物对PDO的治疗效果可视化。有趣的是，与研究者的预料不同，PDO治疗效果并不取决于药物的类型，而是受患者特异性决定。比如说，对5-FU、SN-38、奥沙利铂这三种化疗药物，PDO反应可以分为四组，①PDO21和75，广泛化疗敏感、高细胞凋亡；②PDO23和27，广泛化疗敏感、细胞凋亡和强DNA损伤反应；③PDO99和109，仅对特定化疗药物敏感；④PDO05/11/141/216，化疗耐药、低细胞凋亡、低DNA损伤反应。治疗反应与PDO的微卫星稳定状态、临床分期、解剖位置或KRAS/APC基因型无关。更有趣的是，研究者发现，CAF可以保护一些PDO使其对化疗耐药。PDO治疗效果并不取决于药物的类型，而是受患者特异性决定CAF做了什么？研究者再次对PDO和其与CAF的共培养物进行了平行Trellis分析，发现CAF能够以患者和药物特异性的方式提供不同程度的“化疗耐药光环”。化疗敏感的PDO21/75能够在CAF作用下完全免受SN-38、5-FU和奥沙利铂诱导的细胞凋亡。研究者发现，PDO21/75在单独培养时增殖水平非常高，但是在与CAF共培养后，细胞周期活性降低。具体来说，PDO的MAPK和PI3K信号下降，TGF-β、JNK和NK-κB信号上调，减缓进入细胞周期S期。宏观上，CAF还改变了PDO的外形，从包膜形变为了囊肿形。CAF改变（部分）细胞命运结肠干细胞其实处于连续的可塑景观中，从增殖性极高的proCSC到低增殖的revCSC是一个连续的光谱。在第二篇论文中，研究者详细对这一极化过程的分子改变进行了分析。proCSC具有高PI3K和MAPK信号通量，而revCSC具有低PI3K活性，并且依赖于CAF来源的TGF-β驱动的YAP信号转导。CAF提供的化疗保护罩，正是通过推动proCSC到revCSC的转变实现的。好消息是，既然了解了这一过程的细节，那么我们也可以反过来利用它。研究者在PDO和CAF的共培养物中加入了YAP-TEAD复合物抑制剂维替泊芬，成功将revCSC重新极化回proCSC，使其对化疗诱导的细胞凋亡再次敏感。这将为我们带来新的治疗思路。抑制YAP信号可以删除CAF保护罩参考资料：[1]https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01220-5[2]https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01221-7[3]https://www.technologynetworks.com/tn/news/chemotherapy-becomes-less-effective-when-healthy-cells-are-nearby-381832本文作者丨代丝雨