Nature子刊连发两文：癌细胞“休眠”数年不死 或是导致癌症转移/复发的关键因素

白血病，一种令人谈虎色变的癌症。在我国，白血病的发病率在各类肿瘤中占据第六位，而患病人群中又以低龄儿童为多。白血病是一类造血干细胞恶性克隆性疾病，因为增殖失控、分化障碍、凋亡受阻等机制在骨髓和其他造血组织中大量增殖累积抑制了正常的造血功能。临床可见不同程度的贫血、出血、感染发热以及肝、脾、淋巴结肿大和骨骼疼痛。

几年前，伦敦大学学院的科学家们发现，一些患有常见儿童癌症类型的患者对治疗没有反应，这是由一种罕见且未曾被识别的癌细胞在化疗期间“休眠”并抵抗其作用所造成的。

而最近的一项发表于Nature Cancer的研究首次揭示了为什么少数白血病细胞能够在B细胞前体急性淋巴细胞白血病 (BCP-ALL) 化疗的关键前 28 天中存活下来。由于约20%的BCP-ALL患者死于这种疾病，许多幸存患者因治疗时间过长和强度过大而遭受长期并发症，迫切需要更有效且毒性更小的疗法，而这项开创性的研究为如何设计此类治疗提供了新的思路。

与所有癌症一样，当正常细胞获得多个基因突变时，就会发生 BCP-ALL。迄今为止，普遍持有的观点是，癌细胞中突变的精确组合决定了它在治疗后是否会保留下来，并可能导致疾病复发。

该研究团队希望通过分析那些在患者完成初始治疗后残留的细胞来探索BCP-ALL治疗抵抗的机制，但是这种细胞稀少且难以直接分离。为了克服这个问题他们开发了一种创新的小鼠模型，将 BCP-ALL 患者的细胞移植到小鼠体内然后接受化疗。

令研究人员惊讶的是，化疗没有对耐药癌细胞进行基因选择，同时也并没有出现像人们预判的那样共享任何特定的突变组合。此外，他们还发现抗性细胞确实具有一类特性——抗性细胞状态。这种状态的特征包括骨髓干细胞的基因表达模式以及表明抗性细胞处于 “睡眠模式”。这是首次在未经治疗的白血病中观察到休眠细胞。

在解释这项研究时，主要作者Virginia Turati博士（来自伦敦大学学院癌症研究所）说：“我们想了解为什么BCP-ALL在一些患者中复发，而在其他患者中没有。当我们发现这种疾病由携带不同组合的多种细胞类型产生基因突变时，我们假设某些突变组合会比其他突变更糟糕，并使某些细胞能够通过治疗持续存在，这将成为疾病复发理论支撑。”

研究团队下一步将考虑如何利用这一特性治疗BCP-ALL。伦敦癌症研究所的Mel Greaves教授同样参与了这项研究，他认为可以先确定休眠细胞具有哪些特殊的标志物，然后患者在经过化疗之后就能进行对应追踪测试，看看是否还存在休眠的癌细胞。

还有一种方式，就是在化疗之前激活全部的休眠细胞，然后再集体杀灭。“癌细胞会一直设法在休眠和清醒的状态中切换，而化疗期间碰巧处于休眠的细胞则能逃过一劫”。Greaves教授表示，这种先激活再杀灭的方式或许能解决众多成人和儿童白血病患者的复发问题。

同样是在近日刊登的Nature Cancer上，来自西奈山医学院的研究团队发表了题为：“A tumor-derived type III collagen-rich ECM niche regulates tumor cell dormancy”的研究成果，进一步明确了癌细胞“休眠”的信号通路。研究表明休眠癌细胞通过在其周围的细胞外基质中（ECM）分泌一种称为 III 型胶原蛋白的蛋白来保持自己处于休眠/激活状态。III 型胶原蛋白如同“开关”一样，当癌细胞ECM中这种胶原蛋白丰富时，可以迫使其保持休眠状态并防止肿瘤复发，而当胶原蛋白水平逐渐下降时才会逐渐变成恶性肿瘤。

最终研究人员确定了III型胶原/DDR1/STAT1信号通路作为构建富含III型胶原蛋白的ECM微环境所需的信号节点。

首先，为了确定休眠期和增殖期肿瘤细胞周围ECM的三维结构组织，研究人员利用多光子二次谐波成像（SHG），分析了几个细胞休眠模型及其增殖对应物的胶原纤维方向：增殖型（T-HEp3）和休眠型（D-HEp3）头颈部鳞癌（HNSCC），以及两个增殖型和休眠型乳腺肿瘤模型（4T1和D2.1A肿瘤和各自的休眠对应物4T07和D2.OR）。研究结果显示，休眠期肿瘤的ECM具有波浪形的胶原纤维，与增殖期肿瘤相比，其胶原纤维的排列和方向有所减少。

鉴于在休眠期和增殖期肿瘤的ECM组织之间观察到的结构差异，研究人员决定进一步探索体内休眠期癌细胞周围的ECM组织。原发肿瘤切除后，残留癌细胞的多光子SHG成像显示，单个肿瘤细胞周围的胶原纤维排列不整齐且高度卷曲。

为了进一步确认含有这些排列不整齐且高度卷曲胶原纤维的残留癌细胞是否处于休眠状态，研究人员使用了一种CDK2生物传感器，可以用荧光显微镜识别细胞内细胞周期的每个阶段。研究结果显示，肺部残留癌细胞和独立的休眠癌细胞（DTC）的图像分析显示，DTC细胞在细胞核中有很强的传感器积累，表明这些细胞确实是在细胞周期G0/G1中，处于休眠和阻滞状态。另一方面，细胞簇显示了在细胞周期不同阶段的癌细胞的混合种群，证实了它们的增殖状态。此外，研究人员进一步研究发现增殖性原发肿瘤和转移性肿瘤细胞周围胶原纤维排列增加，表明休眠激活的增殖癌细胞能够重塑有利于排列的胶原纤维ECM。

以上这些结果表明，休眠细胞周围的胶原纤维具有非线性排列和波浪形结构的特点，并能在癌细胞重新激活时转换为高度的线性方向。

由于休眠期和增殖期的肿瘤ECM在结构上是不同的，研究接下来试图确定它们的组成或“基质体”是否有差异。研究人员对脱细胞的T-HEp3生长的肿瘤和D-HEp3休眠结节进行了质谱分析。结果显示，休眠期癌细胞的基质体高度富集胶原蛋白。进一步的肿瘤切片的免疫荧光染色显示，与增殖期的T-HEp3相比，D-HEp3中胶原蛋白（I、III、IV、V和VI型）的丰度更高。此外，研究人员利用人-鼠异种移植瘤模型进一步确定了肿瘤细胞（人类蛋白序列）和基质细胞（小鼠蛋白序列）对基质体生产的相对贡献。数据表明，休眠期肿瘤的ECM富含胶原蛋白，其中III型胶原蛋白是休眠期癌细胞产生的最丰富的胶原ECM蛋白质。

以上这些结果表明，休眠期癌细胞衍生的ECM富含III型胶原蛋白。

鉴于III型胶原蛋白在休眠肿瘤中的高度富集，研究人员进一步探索在高度增殖的肿瘤微环境中增加III型胶原蛋白的浓度是否能促使癌细胞进入休眠状态并阻止其生长。首先研究人员使用鸡胚尿囊膜（CAM）实验进行了一系列体内实验，将T-HEp3细胞接种到有或没有I型、III型或IV型胶原蛋白的CAM上。结果显示，只有与III型胶原蛋白共同注射的肿瘤细胞生长的肿瘤明显较小。此外，进一步的研究显示，体内肿瘤生长的抑制是胶原蛋白诱导肿瘤休眠所致，而不是细胞凋亡的结果。浓度等于或大于1mg/ml的III型胶原蛋白抑制了体外和体内的细胞增殖，同时III型胶原蛋白没有表现出细胞毒性的增加、细胞凋亡或活力下降。

接下来，研究人员试图确定用含III型胶原蛋白的生物工程支架处理局部残留的癌细胞（原发肿瘤切除后观察到的）是否能防止残留的休眠癌细胞的苏醒。研究结果显示，用含III型胶原蛋白的支架治疗的小鼠中只有20%在肿瘤手术后出现复发，而对照组中出现80%的肿瘤复发。

以上这些结果表明，III型胶原蛋白诱导肿瘤休眠。(生物谷Bioon.com）