前沿文献｜Nature揭秘肿瘤细胞休眠与复苏的关键开关

原发性肿瘤患者经过治疗后，体内仍可能潜伏播散性肿瘤细胞（DTC），最终导致癌症的复发，这对癌症的有效治疗是一个重大的挑战。DTC悄悄地转移至身体其他部位，在相当长的时间内处于“休眠”状态，这为癌症的治疗提供了一个重要的治疗窗口，控制好这个阶段肿瘤细胞的数量和异质性，不让它们“复苏”从而导致转移瘤生长，对于预防癌症复发至关重要。

 2021年6月2日，瑞士巴塞尔大学的研究团队在Nature上发表了一篇名为“Hepatic stellate cells suppress NK cell-sustained breast cancer dormancy”的研究性论文，该研究发现NK 细胞和肝星状细胞之间的相互作用是肿瘤细胞休眠的关键“开关”，并为预防癌细胞转移提供了新的解决方法。

研究结果：

一．NK细胞维持乳腺癌在肝脏中的休眠状态：为了确定肿瘤微环境变化对DTC生长的影响，研究者使用了乳腺癌自发转移模型，该模型既能形成潜伏性疾病（即大部分DTC保持休眠状态）也可发生转移，还设计了可共表达荧光素酶tdTomato和p27的突变报告基因(mVenus-p27K-)的MDA-MB-231细胞（可以识别静止细胞），并将它们植入NOD-Prkdcscid（NOD-SCID）免疫缺陷小鼠的乳腺中，切除原发肿瘤，且在切除6周后可对远处组织的DTC和间质进行定量。发现肝脏会优先发生休眠，且通过分析DTC在个体肝脏内的分布规律可发现，虽然仅有少数发生转移的区域含有循环DTC，但大部分无病器官仍存在分散且静止的单细胞或细胞簇（<10个细胞）保护着休眠的DTC细胞库。为了探索DTC状态的不同是否源于器官内微环境的差异，他们分别对休眠和转移相对应的肝环境进行了全局转录组学分析。发现循环 DTC 富含与细胞分裂相关的转录本，而静止细胞则富集于与细胞休眠的WNT和视黄酸信号通路，特别的是休眠样本中上调的基因与宿主防御过程和NK 细胞介导的反应相关，而且NK 细胞是唯一在休眠环境中增加细胞百分比和数量的免疫细胞。于是研究者推测NK 细胞丰度的差异或许对DTC复苏具有决定性影响，于是他们评估了调节 NK 细胞区室的辅助疗法对两种乳腺癌转移模型中DTC 的持久性和生长恢复的影响，发现 NK 细胞库的整体功能越强，对于肝转移的预防和个体生存的益处就越大。

二．NK细胞通过干扰素γ维持肿瘤细胞休眠：为了解NK细胞是如何维持肿瘤细胞休眠，研究者对来自不同肝脏环境的NK细胞进行了全局转录组分析，发现与无肿瘤环境相比，休眠样本中的NK细胞表现出先天免疫和炎症信号，且NK细胞因转移而减少了细胞分裂相关转录本，说明转移性生长需要NK细胞室的收缩。还发现与休眠相关的NK细胞的肿瘤坏死因子（TNF）和干扰素-γ（IFNγ）显著上调，它们能诱导肿瘤细胞生长阻滞。为探究 IFNγ 对静止DTC的直接影响，研究者制备了肝细胞和稀疏接种的癌细胞的共培养物（模仿体内 DTC在肝脏中接种），并用重组 IFNγ 对其进行处理，发现外源性IFNγ仅在肝样环境下且存在肝细胞时才可增加了静止DTC的比例。这些结果表明，NK细胞通过IFNγ诱导DTC处于休眠状态。

三．肝损伤阻止了NK细胞的扩张：为探究是什么破坏了 NK 细胞室的内稳态，研究者通过分析转移性基质中的转录组数据，注意到胶原形成和肌肉收缩过程显著上调，并伴随着编码活化肝星状细胞 (aHSC) 标志物的大量转录本，它们通常是癌症发作前纤维化的核心驱动因素。α 平滑肌肌动蛋白阳性 (α-SMA ) 细胞的显著积累和仅在转移中发现的胶原沉积证实了 aHSC 的出现是疾病进展的必要条件。研究者用四氯化碳（CCl4）处理HSC 活化模型，发现 aHSC 的积累特异性增加了肝转移，且NK 细胞频率严重下降。结果表明，积累的 aHSC 可以通过阻止 NK 细胞库的扩张来抑制 NK 细胞维持的肿瘤细胞休眠状态。

四．CXCL12抑制NK细胞的增殖：为了确定aHSCs如何抑制NK细胞的增殖，研究者实验了细胞培养系统以检测aHSCs的单独作用。考虑到HSC介导的旁分泌信号在肝脏生理和疾病中的重要性，他们推测aHSCs对NK细胞增殖的抑制作用是由分泌因子驱动的。实验发现，含有aHSCs的条件培养基显著降低了NK细胞的增殖率。对aHSCs及肝细胞单独培养的条件培养基进行了全局蛋白质组学研究，发现aHSCs分泌组中上调最多的蛋白是趋化因子CXCL12（也称为SDF1），该蛋白通过其受体CXCR4参与了造血转化和将癌细胞转移到易转移组织的过程。从小鼠肝脏直接分离的细胞中也验证了CXCL12对aHSC诱导的NK细胞静止状态具有必要和充分的作用，而且使用从aHSCs中提取的条件培养基培养NK细胞可产生更多的G0-G1静息细胞，而加入一种阻断CXCL12功能的抗体则可抵消CXCL12对增殖的抑制作用。总之，CXCL12-CXCR4信号介导aHSC诱导的肝内NK细胞的静止，从而使DTC从休眠状态转向生长状态。

         

总结：该研究发现肿瘤休眠与NK细胞和肝星状细胞密切相关，这两类细胞在肿瘤细胞转移的过程中发挥着重要作用。NK细胞通过分泌干扰素γ，控制肿瘤细胞处于休眠状态，但是当肝星状细胞被激活，就会分泌CXCL12分子，与NK细胞上的受体CXCR4结合，从而抑制NK细胞增殖，进而阻止肿瘤细胞继续休眠，使其苏醒并开始增殖。

思考：根据以上机制，预防癌症转移可考虑使用：一.维持肿瘤细胞休眠：增加NK细胞数目或使用干扰素-γ；二.防止其苏醒：抑制肝星状细胞对NK细胞的负调控作用。该研究对于开发新的抗癌疗法具有重要的指导意义，为患者预防肿瘤转移与复发提供了新的治疗思路。