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癌细胞与正常细胞不同，不仅有着无限增殖的能力，而且对传统的放化疗有着极强的耐受力，堪称“打不死的小强”。而且，随着肿瘤研究的深入，科学家发现癌细胞不仅拥有“发达的身躯”（增殖能力），而且远远比我们想的要聪明，简直是完美的“犯罪分子”。 癌细胞的周围会有大量的其它细胞存在，而这一个“小天地”就是肿瘤微环境[1]。在这一方天地中，癌症细胞和其它细胞之间通过旁分泌或者直接分泌的方式相互影响，但是癌细胞是如何和基质细胞相互交流，并促进癌细胞生长、转移和耐受放化疗还是不清楚。 之前的研究发现，大部分癌细胞伴有高表达的干扰素刺激基因，这些基因和细胞抗病毒信号有关[2]。除此之外，科学家还发现干扰素刺激基因是导致癌症细胞耐受放化疗的主要原因[2,3]。宾夕法尼亚大学的Andy J. Minn教授早在2014年就发现，癌细胞周围的基质细胞可以分泌外泌体，作用于乳腺癌细胞的RIG-1受体（细胞内识别病毒双链RNA的一种受体），激活抗病毒STAT1信号通路，促进干扰素刺激基因的表达，从而促进癌细胞发生、转移，并使其耐受放化疗[4]。 那么问题来了，基质细胞不会无缘无故的帮助癌细胞，到底癌细胞耍了什么手段使基质细胞分泌外泌体？在机体自然状态下，肿瘤组织并没有病毒，那么抗病毒的STAT1信号通路又是如何被激活的呢？ 终于，这个困扰科学家已久的问题，再次被宾夕法尼亚大学的Andy J. Minn教授所带领的团队攻克，于2017年7月12日发表在Cell杂志上[5]。 1. 基质细胞RNA通过外泌体转移到乳腺癌细胞 作者通过RFP和5-乙炔基-2'脱氧尿嘧啶核苷（EU）标记，发现乳腺癌细胞和基质细胞共培养情况下，基质细胞RNA可以通过外泌体进入响应干扰素刺激基因的乳腺癌细胞。 2. 基质细胞POL3产生5’端三磷酸化的RNA激活乳腺癌细胞中的RIG-1 因为作者在2014年的Cell文章中，发现来源于基质细胞的RNA作用于乳腺癌细胞的RIG-1受体，激活抗病毒STAT1信号通路。基质细胞分泌的外泌体中有很多类型的RNA，那么到底什么类型的RNA介导了这一过程呢？之前研究发现RIG-1的858位和K861赖氨酸可以和5’端三磷酸化的RNA结合[6]，当作者突变RIG-1其赖氨酸位点后，发现干扰素刺激基因表达明显下调，表明作用于RIG-1的外泌体RNA5’端有三磷酸化修饰。 之前的研究发现没有病毒感染时，POL3是产生5’端三磷酸化RNA的主要酶[7]。当作者敲低或抑制POL3发现干扰素刺激基因表达明显下调，提示在该过程中POL3参与5’端三磷酸化RNA的生成激活RIG-1。 3. 基质细胞分泌体中的RN7SL1激活了乳腺癌细胞中的RIG-1 结果提示5’端三磷酸化RNA激活了乳腺癌中的RIG-1，那么具体是哪个RNA在发挥作用呢？作者对共培养细胞的外泌体进行了RNA-seq，发现RN7SL1在共培养细胞的外泌体中明显升高（下图A）。进一步用pull-down的方法证明RN7SL1可以特异性的和RIG-1结合，证明是RN7SL1激活了RIG-1（下图B, C）。 4. 来源于基质细胞的RN7SL1是没有“加罩”的 既然来源于基质细胞外泌体的RN7SL1可以特异的结合并激活RIG-1，那么为什么细胞基质内的大量RN7SL1不能激活RIG-1呢？基质细胞是如何按照乳腺癌细胞的指示行动的呢？可能的原因就是在细胞质中的RN7SL1功能被某种分子“压制”了，作者推测可能是RNA结合蛋白搞的鬼。作者对细胞或者外泌体进行了MNase-seq和于RN7SL1活性呈正相关的RNA结合蛋白分析发现，SRP9和SRP14在外泌体中高表达并参与了RN7SL1的“加罩”（下图D, E）。敲低SRP9和 SRP14导致 “加罩”的RN7SL1水平下调, 干扰素激活基因表达上调（下图G-I）。因此，基质细胞外泌体中不受RNA结合蛋白SRP9和SRP14“加罩”的RN7SL1，模拟病毒的基因组，激活RIG-1介导的抗病毒STAT1信号通路。 5. 癌细胞通过NOTCH-MYC通路，控制基质细胞按其“意志”分泌未“加罩”的RN7SL1 接下来我们要弄明白为什么基质细胞会心甘情愿的做癌细胞的“乖宝宝”呢？为了找到其机制，作者对比基质细胞和与胰腺癌细胞共培养的基质细胞的转录组，发现基质细胞是在NOTCH-MYC通路的调控下按乳腺癌细胞“意志”行事的。 截止到这里，研究发现癌细胞可以通过NOTCH-MYC通路，让基质细胞按其“意志”分泌未“加罩”的RN7SL1，作用于RIG-1激活抗病毒STAT1信号通路，完成了漫天过海的诡计。那么基质细胞中的未“加罩”的RN7SL1是否真的会导致癌细胞的发生、转移和放化疗的耐受呢？实验发现RN7SL1可以明显推进乳腺癌细胞的增殖，干扰素刺激基因的上调。当敲低RIG-1之后抑制了乳腺癌细胞的肺转移。
6. 对干扰素激活基因响应的人乳腺癌，通过NOTCH-MYC通路调控基质细胞分泌未“加罩”的RN7SL1，激活抗病毒的信号通路 那么在对干扰素激活基因响应的人乳腺癌细胞和乳腺癌病人体内是否会有这一现象呢？实验结果发现和前面的结果是完全一致的。
文章实验思路和结论： 癌细胞招募并刺激正常细胞产生有利于肿瘤增殖生存的微环境，而外泌体作为细胞与细胞之前的通讯介质，其在肿瘤发生、转移的作用越来越受到科学家的重视。 该研究清晰的阐述了肿瘤微环境的基质细胞是如何在癌细胞的忽悠下“助纣为虐”的，为癌症的检测和治疗提供了新的策略。 和元上海一直关注肿瘤方面研究的最新进展，致力于为广大科研工作者提供高质量的病毒工具，助力基础研究和基因治疗！ 参考文献： [1] Kalluri, R. The biology and function of fibroblasts in cancer. Nature reviews. Cancer 16, 582-598, doi:10.1038/nrc.2016.73 (2016). [2] Weichselbaum, R. R. et al. An interferon-related gene signature for DNA damage resistance is a predictive marker for chemotherapy and radiation for breast cancer. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105, 18490-18495, doi:10.1073/pnas.0809242105 (2008). [3] Khodarev, N. N. et al. STAT1 is overexpressed in tumors selected for radioresistance and confers protection from radiation in transduced sensitive cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 101, 1714-1719, doi:10.1073/pnas.0308102100 (2004). [4] Boelens, M. C. et al. Exosome transfer from stromal to breast cancer cells regulates therapy resistance pathways. Cell 159, 499-513, doi:10.1016/j.cell.2014.09.051 (2014). [5] Nabet, B. Y. et al. Exosome RNA Unshielding Couples Stromal Activation to Pattern Recognition Receptor Signaling in Cancer. Cell 170, 352-366 e313, doi:10.1016/j.cell.2017.06.031 (2017). [6] Wang, Y. et al. Structural and functional insights into 5'-ppp RNA pattern recognition by the innate immune receptor RIG-I. Nature structural & molecular biology 17, 781-787, doi:10.1038/nsmb.1863 (2010). [7] White, R. J. Transcription by RNA polymerase III: more complex than we thought. Nature reviews. Genetics 12, 459-463, doi:10.1038/nrg3001 (2011).
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