《自然·癌症》：“催眠”癌细胞！科学家发现让癌细胞休眠，阻止乳腺癌肺转移的关键因子！

乳腺癌已经成为全球第一大癌症，复发转移是乳腺癌患者死亡的主要原因，其中，75%的转移发生在肺部[1]。

尽管随着早期筛查的普及、诊断技术的精准以及治疗方案的优化，乳腺癌的“三早”使得远处转移的发生率有所下降，但仍然有不少患者在诊断和治疗后出现远处转移。

究其原因，休眠的乳腺癌细胞难逃其咎。癌细胞休眠后，免疫系统难以识别和发起攻击，化疗药物也难以发挥作用，因此休眠癌细胞是乳腺癌转移的一大风险因素[2]。然而，对于乳腺癌细胞如何在转移的同时保持休眠，我们的认识仍然有限。

上皮间质转化（EMT）是癌细胞转移的重要步骤。在此过程中，从原发部位扩散转移，到种植至新的器官生长，癌细胞经历了上皮表型和间质表型的转化。

近日，美国爱因斯坦医学院的Julio A Aguirre-Ghiso，联合纪念斯隆凯特琳癌症中心（MSKCC）的Ana Rita Nobre，鉴定出一个新的调控乳腺癌细胞扩散和休眠的关键基因——转录因子ZFP281。相关论文发表于顶级医学期刊《自然·癌症》上[3]。

他们发现，ZFP281不仅控制乳腺癌细胞的早期扩散，而且通过促进间质表型转化、抑制上皮表型和增殖程序的激活，将转移性乳腺癌细胞锁定在休眠状态，从而防止乳腺癌在肺部的转移性生长。

论文首页截图

从癌症发生到转移至肺，乳腺癌细胞经过了早期病变（EL）—原发肿瘤（PT）和肺转移早期癌（eL）—肺转移晚期癌（LL）的过程。在这个过程中，乳腺癌细胞的EMT相关表型也发生相应改变，研究人员对此进行了检测。

转录组测序发现，与原发肿瘤相比，早期病变阶段的乳腺癌细胞的细胞间紧密连接基因表达下调，而EMT和干细胞特征相关的基因上调，提示间质样和干细胞样表型的程序在早期病变乳腺癌细胞中被激活。

和转移前的原位癌相比，乳腺癌细胞在转移至肺部后，EMT相关的基因表达谱也发生改变，上调的基因与早期病变乳腺癌细胞的类似，显示出间质和干性的特征。

表型的改变和基因表达一致。流式和免疫荧光发现，乳腺癌细胞EMT表型在早期病变—原发肿瘤和肺转移早期癌—肺转移晚期癌过程中也呈现同样的规律变化。

在早期病变阶段，乳腺癌细胞表现出上皮细胞和间质细胞的混合表型；在原发肿瘤阶段，乳腺癌细胞显示强烈的上皮细胞表型；在肺转移早期癌阶段，间质和侵袭表型增加；而在肺转移晚期癌阶段，则是上皮和非侵袭性表型增加。

这些结果表明，乳腺癌细胞的间质表型程序从病变早期持续激活至转移早期。

乳腺癌细胞在早期病变—原发肿瘤和肺转移早期癌—肺转移晚期癌过程中EMT相关基因的表达热图

转移至肺部后，乳腺癌细胞的间质表型和上皮表型有何不同之处呢？

研究人员进行了细胞亚群分析，证实了肺转移早期乳腺癌细胞富含间质型和混合型特征，而肺转移晚期乳腺癌细胞具有上皮型特征。差异基因表达分析显示，肺转移早期乳腺癌细胞激活了间质和休眠表型的基因程序，而在转变为上皮表型后，肺转移晚期乳腺癌细胞的增殖相关基因被激活。

因此，乳腺癌细胞的间质表型反映了转移后的休眠状态，上皮表型反映了增殖状态。

由于间质表型从原位癌早期持续至肺转移早期，研究人员推测，间质表型的驱动基因可能在早期病变阶段就已经被激活。对早期病变乳腺癌细胞进行转录因子分析后，研究人员发现，ZFP281是连接差异基因最多的节点基因。

ZFP281是胚胎干细胞多能性的关键调节因子，此前被报道能促进结直肠癌细胞发生EMT转变[4]。于是，研究人员把目光聚焦在了转录因子ZFP281上。

基因表达检测发现，从早期病变进展到原发肿瘤阶段，ZFP281及其靶基因在乳腺癌细胞中的表达下调，与此同时，间质表型基因如CDH11和Eng的表达也相应下降，而上皮表型基因如CDH1和EpCAM则上调。这提示ZFP281可能具有促进乳腺癌细胞间质表型转化，抑制上皮表型的功能。

转移至肺部后，在增殖活跃的乳腺癌细胞中，ZFP281的表达下降，而且与肿瘤增殖标志物Ki67的表达相互排斥，这表明ZFP281有抗增殖的功能。

随后，研究人员对ZFP281的功能进行了验证。通路分析显示，EMT、细胞周期和Wnt信号是ZFP281相关最丰富的通路。下调乳腺癌细胞的ZFP281后，EMT相关基因也相应下调，证实在乳腺癌细胞中ZFP281驱动了EMT。

这些结果显示，ZFP281是一个与乳腺癌转移相关的转录因子，协调EMT转变和增殖抑制程序。

EMT、细胞周期和Wnt是ZFP281相关最丰富的通路

接着，研究人员进行了体内外实验，对ZFP281的功能进行了验证。

过表达ZFP281，乳腺癌细胞转变为间质表型，增殖减慢，TWIST1等间质表型基因表达上调，Ecad等上皮表型基因下调，荷瘤小鼠瘤体变小，肺转移瘤数量减少。

敲除ZFP281后，乳腺癌细胞从间质表型转变为上皮表型，增殖加快，间质表型基因下调，上皮表型基因上调，乳腺癌小鼠肺转移瘤的数量和质量增加。

这些结果进一步证明，ZFP281诱导和维持乳腺癌细胞的间质转变和休眠表型。

ZFP281过表达诱导乳腺癌小鼠瘤体变小，肺转移瘤数量减少

最后，研究人员对ZFP281的调节机制进行了探究。

在ZFP281相关的信号通路中，只有FGF2能诱导ZFP281的表达，促进乳腺癌细胞转变为间质表型，提示FGF2是ZFP281的一个上游调节因子。

TWIST1是休眠期乳腺癌细胞上调的间质标志物[5]，也是ZFP281下游的一个基因。研究人员敲除TWIST1后，乳腺癌细胞间质表型减弱，但同时却发现ZFP281下调，这提示TWIST1也能调节ZFP281表达，也是ZFP281的一个上游调节因子。

既往研究发现，CDH11在晚期乳腺癌中表达上调并与间质表型相关[6]。染色质免疫共沉淀证实CDH11是ZFP281的靶基因，而且在乳腺癌细胞中，CDH11的表达趋势与ZFP281相似。过表达CDH11能减慢乳腺癌原位和肺转移肿瘤的生长。这表明ZFP281通过CDH11发挥调节乳腺癌细胞休眠的作用。

因此，ZFP281通过FGF2—TWIST1/ZFP281/CDH11信号轴，促进间质表型转变，抑制增殖，促进乳腺癌细胞休眠。

本研究的思路和结果

总的来说，研究人员首先发现在乳腺癌进展和转移的过程中，癌细胞的EMT表型随休眠和增殖状态的改变而发生转变；接着，筛选和鉴定出转录因子ZFP281是乳腺癌细胞扩散和休眠的关键调控基因；最后，机制探究发现ZFP281被FGF2和TWIST1诱导后激活间质表型，抑制乳腺癌细胞增殖，ZFP281再通过CDH11将转移早期的乳腺癌细胞维持在休眠状态，抑制乳腺癌在肺部的转移性生长。

这项研究挖掘了癌细胞的一个新的转移性休眠机制，有望为监测癌症转移提供一个新的生物标志物，为消除乳腺癌的肺转移提供一个富有潜力的防治靶点。

参考文献：

[1] Klein CA. Cancer progression and the invisible phase of metastatic colonization. Nat Rev Cancer. 2020;20(11):681-694. doi:10.1038/s41568-020-00300-6

[2] Hong SP, Chan TE, Lombardo Y, et al. Single-cell transcriptomics reveals multi-step adaptations to endocrine therapy. Nat Commun. 2019;10(1):3840. Published 2019 Sep 2. doi:10.1038/s41467-019-11721-9

[3] Nobre AR, Dalla E, Yang J, et al. ZFP281 drives a mesenchymal-like dormancy program in early disseminated breast cancer cells that prevents metastatic outgrowth in the lung [published online ahead of print, 2022 Sep 1]. Nat Cancer. 2022;10.1038/s43018-022-00424-8. doi:10.1038/s43018-022-00424-8

[4] Hahn S, Jackstadt R, Siemens H, Hünten S, Hermeking H. SNAIL and miR-34a feed-forward regulation of ZNF281/ZBP99 promotes epithelial-mesenchymal transition. EMBO J. 2013;32(23):3079-3095. doi:10.1038/emboj.2013.236

[5] Zeisberg M, Neilson EG. Biomarkers for epithelial-mesenchymal transitions. J Clin Invest. 2009;119(6):1429-1437. doi:10.1172/JCI36183

[6] Schneider DJ, Wu M, Le TT, et al. Cadherin-11 contributes to pulmonary fibrosis: potential role in TGF-β production and epithelial to mesenchymal transition. FASEB J. 2012;26(2):503-512. doi:10.1096/fj.11-186098