成纖維細胞調節腫瘤形成的分子機制

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胞調節機體腫瘤發生的分子機制。

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

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

對小鼠進行成纖維細胞的Ptgs2特異性敲除結果表明，成纖維細胞是腸道中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鍵角色，研究者將ApcMin/+小鼠（會自發產生腸道腫瘤）與成纖維細胞中缺失Ptgs2的小鼠進行雜交，這些ApcMin/+；Ptgs2Δfibr小鼠就會表現出腫瘤形成的減少，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果，一種是在ApcMin/+小鼠中誘導Ptgs2在成纖維細胞中的表達，另一個是通過在Ptgs2Δfibr小鼠中注射誘變劑氧化偶氮甲烷來驅動腸道腫瘤的形成。

脂質組學分析結果表明，與對照小鼠相比，Ptgs2Δfibr小鼠機體腸道中前列腺素E2（PGE2）和前列腺素l2（PGI2）的分泌量會減少，因此PGE2或許扮演著促進腫瘤生成的角色，研究者就推測，成纖維細胞衍生的PGE2或許在小鼠模型腸道腫瘤發生過程中扮演著重要角色。為了深入分析PGE2的關鍵角色，研究者將來自野生型小鼠機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基（OGM）中培養，這就會促進球狀體的生長而并非典型的具有隱秘結構的芽殖類器官生長，這也揭示了缺乏分化和增加干細胞樣形成的產生。

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

PTGER4的激活會誘導YAP1靶向基因的轉錄，而當OGM中存在成纖維細胞時，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隱窩和成纖維細胞的共培養物中，RSC的擴張會被阻斷；利用PGE2刺激野生型類器官培養物或會誘導YAP1去磷酸化、核轉位及下游轉錄過程，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SCA1（RSC的一個標志物及YAP1的靶向基因）的細胞群體的擴張現象。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生較少的腫瘤，與研究者早期進行研究的小鼠模型一樣，少數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，從正常人類結腸組織中分離出的隱窩類器官培養物會在PGE2存在的情況下形成球狀體細胞，而這會被PTGER4抑制劑所阻斷，此外，對來自結直腸癌腫瘤患者的組織進行YAP1的免疫染色結果提示，YAP1是腫瘤的核心，但其與正常組織并無關系。最后研究者表示，本文研究揭示了一種成纖維細胞驅動的分子通路如何引發腫瘤的發生，由于COX2抑制劑毒性已經能夠抑制其在癌癥預防過程中的使用，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直腸癌的發生。