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癌癥相關成纖維細胞（CAF）是腫瘤微環(huán)境(TME)的核心成分，其與癌細胞存在廣泛的相互作用，并能夠影響TME的其他成分。此外，研究也發(fā)現(xiàn)CAFs與癌癥的預后及耐藥有關，因此癌癥相關成纖維細胞在腫瘤中的作用也越來越受到關注。今天小編就給大家分享一篇今年2月剛剛發(fā)表在Nature Communications (IF:17.694)雜志上，研究CAF中鉑類藥物累積與結直腸癌進展及耐藥關聯(lián)的文章。
Long-term platinum-based drug accumulation in cancer-associated fibroblasts promotes colorectal cancer progression and resistance to therapy
癌癥相關成纖維細胞中鉑類藥物的長期累積會促進結直腸癌進展和耐藥
一．研究背景
目前鉑類藥物是應用最廣泛的抗癌藥物之一，由于鉑類藥物可以有效的根除癌細胞，因此接受化療(CT)的癌癥患者中有近百分之五十都會接受鉑類藥物治療。然而，治療中一些腫瘤可能會產生耐藥性使得很多患者不能從鉑類化療中獲益，因此有必要對耐藥進行深入研究。
二．文章摘要
研究將元素成像應用于治療后結直腸癌的CT生物分布映射中，并全面分析了基于奧沙利鉑的CT對腫瘤微環(huán)境中遺傳程序的影響。結果研究發(fā)現(xiàn)在治療停止后很長時間內大部分奧沙利鉑會被CAFs保留。研究也發(fā)現(xiàn)CAFs中累積的CT藥物會增強TGF-β的活性和癌癥的侵襲性。此外，研究使用骨膜蛋白作為化療活性的基質標志物，發(fā)現(xiàn)骨膜蛋白在結直腸癌分子亞型CMS4中上調，且在治療應答的患者中高表達。
三．文章的主要內容及結果
1. 鉑類藥物在耐藥成纖維細胞中累積
文章首先研究了CT對TME的直接影響。研究觀察到奧沙利鉑治療后CRC小鼠模型中的癌細胞豐度，血管密度及免疫細胞浸潤都會降低，而CAFs的豐度保持不變(圖1a)，這表明CAFs對奧沙利鉑高度耐藥。接下來，研究在多個細胞系中評估了奧沙利鉑的細胞毒性，結果與體內研究一致，相比成纖維細胞，其他細胞對奧沙利鉑高度敏感(圖1b)。接下來研究觀察到癌細胞未能存活至奧沙利鉑治療的第9天，不過約80%的成纖維細胞耐受到治療后的12日(圖1c)。此外，研究也觀察到與CRC細胞相比，成纖維細胞對奧沙利鉑的吸收更高，且在提取奧沙利鉑很長時間后仍可檢測到微量鉑(圖1d)。接著作者分析了鉑類藥物在CRC腫瘤中的生物分布模式，對晚期結直腸癌樣本中的奧沙利鉑進行檢測，結果發(fā)現(xiàn)奧沙利鉑主要保留在富含成纖維細胞的區(qū)域(圖1e、f)，且在最后一個周期治療845日后仍可檢測出(圖1f)。
2. 鉑刺激的成纖維細胞能夠促進CRC進展
這一部分研究分析了保留奧沙利鉑的成纖維細胞對癌癥進展的影響。研究首先將未處理及經過體外奧沙利鉑處理的成纖維細胞接種到裸鼠體內，結果觀察到與未處理細胞相比，奧沙利鉑預激活成纖維細胞的疾病潛伏期顯著降低(圖2a)，且奧沙利鉑預處理能夠顯著增強癌細胞對鉑類藥物的耐藥性(圖2b)。接下來研究通過對奧沙利鉑激活細胞的轉錄組分析識別出激活成纖維細胞應答特征(aFib-RS)，并觀察到高aFib-RS與較差臨床結局相關(圖2c，d)。研究也觀察到aFib-RS在CRC亞型CMS4中顯著上調，且具有顯著預后價值(圖2e，f)。接下來研究通過GSEA分析發(fā)現(xiàn)在CT治療無應答(圖2g)或CT治療后復發(fā)(圖2h)的患者中，aFib-RS水平顯著上調。
3. 鉑積累誘導TGF-β通路的自分泌激活
這一部分作者對奧沙利鉑在成纖維細胞中激活的分子通路進行了分析。研究對培養(yǎng)的成纖維細胞進行GSEA分析發(fā)現(xiàn)其富集到與衰老相關的基因和衰老相關分泌表型((SASP-S；圖3a)，且成纖維細胞中衰老相關標記物高表達(圖3b)，奧沙利鉑處理后衰老相關的β-半乳糖苷酶活性也增加(圖3c)，此外SASP-S在復發(fā)和無應答患者中上調(圖3d)。接下來，研究觀察到CT后SASP因子TGF-β1的mRNA表達顯著增加(圖3e)，研究也在奧沙利鉑處理后培養(yǎng)的成纖維細胞中檢測到TGF-β1上調(圖3f)。進一步作者也發(fā)現(xiàn)Fib-TBRS在經過奧沙利鉑處理的細胞中顯著富集，在對CT無應答的腫瘤中Fib-TBRS也顯著上調(圖3g-i)。
4. 鉑類藥物誘導結直腸癌成纖維細胞的促癌分泌表型
這一部分研究對鉑類藥物與結直腸癌成纖維細胞的表型關聯(lián)進行了分析。作者首先觀察到白細胞介素11 (IL-11)的表達與aFib-RS水平顯著相關(圖4a)，在給予奧沙利鉑后IL-11表達上調并隨時間維持，且在施用TGF-β通路抑制劑后降低(圖4b-e)。此外，研究也發(fā)現(xiàn)高IL11A表達是不良預后的獨立預測因素并在CMS4腫瘤中顯著上調(圖4f，g)，研究也觀察到IL11的表達增加能夠用來推斷復發(fā)患者(圖4h)。研究也觀察到CRC中IL11應答特征(CRC-IL11RS)在對治療無應答或治療后復發(fā)的患者中上調(圖4i)。研究也在小鼠模型中觀察到IL11的分泌顯著增加了腫瘤形成的頻率，并縮短了疾病潛伏期(圖4j)，而降低IL11的表達則會限制腫瘤啟動的能力(圖4k)。
5. POSTN是奧沙利鉑誘導TME中TGF-β活性的標志物
這一部分作者對CT應答的其他生物標志物進行了分析。研究首先對成纖維細胞中受奧沙利鉑調控的基因進行分析，結果識別到一種促進CRC進展和轉移的CAF特異性分泌因子，骨膜蛋白(POSTN)，這也是aFib-RS中上調最明顯的基因之一(圖5a)。作者觀察到在給予奧沙利鉑后POSTN的水平大幅上調(圖5b-d)。此外，研究也觀察到CRC患者中POSTN表達與aFib-RS、FibTBRS和TGF-B1相關(圖5e)。接下來，研究對4例未經治療的CRC患者切除的腫瘤樣本進行了體外奧沙利鉑單藥治療，免疫組化分析發(fā)現(xiàn)與來自同一患者未治療的腫瘤樣本相比，治療后的腫瘤樣本顯示出POSTN聚集(圖5f, g)，且在治療方案中加入TGF-β通路抑制劑可在體外大幅降低POSTN的表達(圖5f, g)。
6. POSTN蛋白水平識別CMS4亞型和腫瘤治療應答
這一部分研究對POSTN蛋白的預后價值進行了分析。研究首先通過染色分析發(fā)現(xiàn)CMS4腫瘤中POSTN的表達和豐度均顯著增加(圖6a，b)。此外，研究發(fā)現(xiàn)POSTN蛋白表達水平的升高與無病生存期(DFS)的降低顯著相關(圖6c)，而基質豐度不能顯著預測復發(fā)風險(圖6d)。進一步研究發(fā)現(xiàn)POSTN水平與腫瘤基質負荷相關(圖6e，f)。此外，作者發(fā)現(xiàn)POSTN水平在治療后總體上調(圖6g)，且治療無應答樣本中POSTN的表達顯著高于有應答的樣本(圖6g)。對CT前和CT后配對樣本的分析表明，無應答腫瘤要么在CT前固有POSTN高水平表達，要么在CT后增POSTN的表達增加(圖6g, h)。
7. POSTN亞型4的高表達降低了CRC對治療的敏感性
最后一部分作者研究了POSTN對CRC耐藥的貢獻。研究比較分析了8種具有不同表達模式的POSTN剪接變異體，結果發(fā)現(xiàn)POSTN亞型4(POSTNi4)是CT誘導后上調最多的變異(圖7a)，奧沙利鉑會增加POSTNi4的表達水平(圖7b)，且在處理后隨時間而維持(圖7d)，而TGF-β通路抑制則會消除POSTNi4的上調(圖7c)。接下來研究試圖評估POSTNi4對癌癥進展的貢獻，研究首先對患者來源的類器官進行工程改造，使其自主產生這種分泌因子(圖7e)，并接種到小鼠皮下，結果觀察到POSTNi4的表達對腫瘤起始或腫瘤擴大均無影響。接下來，研究用奧沙利鉑治療荷瘤小鼠20天，結果觀察到奧沙利鉑治療顯著降低對照腫瘤的擴張(圖7f)，相反POSTNi4富集腫瘤的生長速度不受治療的影響(圖7f)。
到這里這篇文章的主要內容就介紹完了，研究采用干濕結合的方法，研究了癌癥相關成纖維細胞中鉑類藥物的長期累積對結直腸癌進展和耐藥的影響。文章邏輯清晰，內容豐富，有理有據(jù)，無論是研究方法還是思路都值得小伙伴們參考學習。
