撰文 | Victoria
责编 | 兮
肿瘤转移（metastasis）是恶性肿瘤的一大特征，也是肿瘤手术治疗中的主要障碍和癌症致死的主要原因，因此，对肿瘤转移机制的研究以及开发针对性药物具有广阔前景。肿瘤转移灶的形成首先需要有循环肿瘤细胞（circulating tumor cells，CTCs）通过循环系统定植到转移器官或组织，而且并非所有的CTCs都能形成转移，因此对这些能够促进转移形成的CTCs的表征和研究将为抗肿瘤转移药物的研发提供可行的靶点和策略。
众所周知，血液中的CTCs具有很强的异质性，反映了原发肿瘤和不同转移瘤的多样性，从患者的血液样本中捕获并表征具有形成转移潜能的CTCs将有助于深入了解特定肿瘤的生物学特征、对治疗的反应、以及潜在的治疗靶点。然而，这些具有转移潜能的CTCs的分子特征目前还不清楚。
近日，来自哈佛医学院麻省总医院的癌症中心主任Daniel A. Haber教授和Shyamala Maheswaran博士团队合作在Science杂志上发表题为Deregulation of ribosomal protein expression and translation promotes breast cancer metastasis的研究论文。在这篇文章中，作者使用CRISPRa基因激活技术（CRISPR activation）对CTCs进行了全基因组基因筛选，以确定促进肿瘤转移的关键基因。并在体内和小鼠中验证了其在促进肿瘤转移的能力及作用机制。更重要的是，在乳腺癌患者中分离的新鲜CTCs中，发现了这些CTCs中的一个细胞亚群具有与类似的核糖体和蛋白翻译的特征，也与患者临床表现呈负相关。提示针对这一类较强恶性程度的CTCs的疗法可能阻断肿瘤转移。
从原发性肿瘤流入血液的CTCs在转移到另一个器官的过程中会承受各种压力，到最后只有很小一部分能够成功产生转移瘤。为了筛选这部分具有转移潜能的CTCs，作者选择以激素受体阳性（HR+）的转移性乳腺瘤作为研究对象，首先通过微流控平台从HR阳性转移性乳腺瘤患者的血液中富集CTCs，建立体外CTCs的培养细胞，以保证这些CTCs在注射进免疫缺陷型小鼠的乳腺脂肪垫时能够形成肿瘤。
为确定那些基因的活化能够让这些CTCs获得转移的潜能，作者采用CRISPRa在全基因组范围能进行了筛选【1】。筛选发现，这些基因的大多数为癌基因或参与癌症进展，包括转录和翻译调节、细胞调控等（图1）。有趣的是，在这些基因中，参与蛋白质翻译调节的基因包括MTOR，RPS6KA5等排序靠前，而RPL15是其中排序为第10的基因。此前，少有研究报道核糖体蛋白在肿瘤转移中的作用，因此，作者选择对这些核糖体蛋白进行深入研究。
图1. 体内全基因组CRISPRa筛选
为了排除可能由于CRISPR技术带入的偏差，作者还选用了以CMV启动子驱动的慢病毒表达系统来验证RPs（核糖体蛋白）在促进CTCs获得转移潜能中的作用。在实验中发现，过表达核糖体大亚基蛋白RPL15显著增加了这些CTCs向小鼠肺部和卵巢的转移（图2）。
图2. RPL15过表达促进肿瘤转移
RPs是如何是的CTCs获取转移潜能的？作为高度复杂的细胞器，核糖体各个蛋白亚基的表达需要高度协调，那么过表达RPL15是否会引起其他核糖体蛋白亚基的适应性表达，以确保核糖体形成和组装的保真度【2】？作者通过使用核糖体富集加测序的方法，发现在过表达RPL15的CTCs细胞中，所有RPs核心亚基的表达都显著增加。RPL15过表达的CTCs中，E2F的靶基因的mRNA的翻译也显著升高，这在进一步的定量蛋白质学组中得到了验证。此外，RPL15选择性增强其他核糖体蛋白和细胞周期调节因子的翻译。
这些研究结果对临床诊断和治疗有用吗？作者使用eCTC-iChip微流控系统对来自HR+转移性乳腺癌患者的新鲜的单个CTCs或CTCs集落（clusters）进行RNA测序。结果显示，有一个亚群有突出的核糖体和蛋白质合成特征，与体外实验结论一致。上皮细胞与间充质细胞间的相互转化是肿瘤转移的主要特征【3】， HR+乳腺癌患者血液中RPs高表达的CTCs中上皮标记物表达增加，间充质标记物表达减少，并且具有这类CTCs的患者的总生存期更短。提示在CTCs细胞中，较高蛋白质翻译和细胞增殖能力与其上皮细胞命运有关。
以上数据是否能指导药物设计和临床治疗？在文章的最后，作者采用两种FDA批准药物进行联用：蛋白质翻译抑制剂omacetaxine和CDK4/6抑制剂palbociclib。实验结果提示，两种药物联用能够有效地抑制RPL15-CTCs引起的转移瘤形成（图3）。
图3. 患者CTCs中RP表达的异质性与临床预后不良以及对翻译和细胞周期阻滞的敏感性相关
尽管这篇文章表明RPL15依赖的总核糖体含量增加，但不能排除RPL15特异性作用导致核糖体组成改变或核糖体外RP功能改变的可能性【4】。过去大量的研究表明，间充质细胞状态促进肿瘤细胞的迁移。作者认为，CTCs细胞的上皮表型在肿瘤转移中也至关重要，可能是这种上皮表型赋予了其更强的细胞增殖能力，而核糖体含量的增加使其获得了更强的转移潜能。临床上，通过靶向这种侵袭性CTCs亚群，寻找肿瘤转移的潜在抑制因子值得更深入的研究。这些发现将为未来的肿瘤转移的治疗提供潜在的生物标记物或药物靶点。
如果觉得《循环肿瘤细胞的关键角色：哈佛大学揭示癌症转移机制》对你有帮助，请点赞、收藏，并留下你的观点哦！
