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——背景介绍—— 循环肿瘤细胞（CTC）是那些离开原发性肿瘤并进入血流的细胞。虽然与血细胞相比非常罕见并被迫在循环中求生存，但CTC被认为是各种癌症类型转移的前兆。CTC在癌症患者的血液中被发现为单个CTC和CTC簇，后者具有更高的种子转移能力。然而，尚不清楚什么是驱动其增强的转移潜力以及CTC簇的弱点。2019年1月10日，来自巴塞尔大学的Nicola Aceto教授在Cell在线发表题为"Circulating Tumor Cell Clustering Shapes DNA Methylation to Enable Metastasis Seeding"的研究论文，在2,486种FDA批准的化合物中鉴定了Na+/K+ATP酶抑制剂，其能够使CTC簇解离成单个细胞，导致关键位点的DNA甲基化重塑和转移抑制。
托马斯·阿什沃思（Thomas Ashworth）在1869年首次在一名患有转移性癌症的男性的血液中观察到CTC，现代癌症研究表明，CTC来源于原发肿瘤中的克隆。本研究的通讯作者Aceto教授在循环肿瘤细胞的研究上做出了不少突破。2014年，他在哈佛医学院和马萨诸塞州综合医院癌症中心的Haber实验室担任博士后研究员时，他将循环肿瘤细胞簇确定为转移前体。癌症转移的关键，不是单个循环肿瘤细胞，而是一堆循环肿瘤细胞组成的"小聚集体"。这个发现同样也发表在了《细胞》杂志上。
图1 Nicola Aceto教授 ——研究策略—— DNA甲基化模式异常，包括全基因组低甲基化和高甲基化，都与几种人类癌症有关。通常，低甲基化有利于调节和重复元素，而高甲基化在CpG岛序列中更常见。这两种修饰都能够改变邻近基因的表达并促成癌症表型。对于调控因子，转录因子结合位点上DNA甲基化的丧失可以指定在后期激活的活性转录因子网络或网络，例如在从分化细胞衍生诱导多能干细胞的过程中可能出现。尽管对原发性肿瘤的DNA甲基化分析进行了广泛的研究，但在转移性传播过程中形成DNA甲基化组大多数没有表征。在这里，研究者结合乳腺癌患者和小鼠模型，基于微流体的CTC捕获，单细胞DNA 甲基化和RNA表达分析，对2,486 FDA批准的化合物进行药物筛选，以及小鼠模型中的功能验证研究，从而进行了对CTC簇的生物学和脆弱性的探究。研究提供了乳腺癌中单个和成簇CTC的全基因组DNA甲基化模型，突出了影响转移的基本差异，并鉴定了具有即时临床适用性的聚类靶向化合物。
图2 研究过程 ——研究结果—— 研究人员从43个乳腺癌病人的血样和3个小鼠乳腺癌模型中分离获得了单个的和成簇的循环肿瘤细胞，对其进行了甲基化测序。通过DNA甲基化水平的分析，在一些与干性和增殖能力有关的甲基化位点上，包括OCT4、NANOG、SOX2、以及SIN3A等与增殖有关的转录因子的结合位点，成簇的CTC的甲基化水平显著低于单个的CTC，增殖标志物Ki67的阳性比例也确实在CTC簇中更高。这些程序的激活可能在确定CTC簇的转移- 接种能力中起关键作用。这意味着CTC簇这更具有“胚胎干细胞”的活性，让它们能够不断增殖，并且促进转移。
图3 基因调控网络分析 接下来，研究者评估了2,486种FDA批准的化合物，是否能够分离从两名乳腺癌患者获得的人乳腺CTC衍生细胞簇，而不影响细胞活力。在其中有39种化合物显著（p<0.0001）降低了平均CTC簇大小而不影响生存力。在测试的最低浓度下，有六种化合物也始终导致CTC衍生细胞系的平均CTC簇大小显著降低。这些化合物具有相似的功能，可根据其作用机制分为两个家族，即Na+/K+-ATPase抑制剂洋地黄毒苷和哇巴因八水合物、微管蛋白结合剂rigosertib，podofilox，秋水仙碱和长春新碱硫酸盐。哇巴因和洋地黄毒苷是具有相似化学结构的强心苷，用于低剂量治疗低血压和心律失常，解聚CTC簇的作用也是通过抑制钠钾泵，增加细胞内钙离子浓度实现的。这两种化合物可将CTC簇解离成单个细胞导致DNA甲基化重塑并获得OCT4，SOX2，NANOG和SIN3A的关键结合位点的甲基化，与其相应的靶基因的下调相平行。
图4 筛选出的39种化合物 接下来，为了评估强心苷是否也能破坏体内CTC簇，研究人员进行了小鼠实验。研究者在小鼠体内注射了癌细胞，诱发肿瘤生长。在肿瘤生长的14周后，连续采用哇巴因每日给药治疗。结果表明，哇巴因治疗降低了自发产生的CTC簇的频率，同时增加了单个CTC的频率，不改变原发肿瘤的大小，也不改变整体CTC数量。随着CTC簇频率的降低，哇巴因治疗也导致总转移负荷的显著抑制，小鼠的癌症总转移负担降低了80.7倍！
图5 小鼠实验 ——总结—— Nicola Aceto教授的工作为治疗肿瘤转移提供了一个新思路，不是去寻找杀死癌细胞的药物，而只是让它们分散的药物。未来，他们将着手开展临床试验，CTC簇作为乳腺癌转移的重要途径，将成为一种新的强有力的工具，帮助治疗乳腺癌患者。 参考文献： Gkountela, S., et al. "Circulating Tumor Cell Clustering Shapes DNA Methylation to Enable Metastasis Seeding." Cell 176 1-2 (2019): 98-112.e14. DOI: https:///10.1016/j.cell.2018.11.046. |
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