Cancer?Cell?|?Charles David/陳默/趙玉沛/鄧子卿利用空間轉(zhuǎn)錄譜揭示胰腺癌劫持皮膚損傷修復(fù)程序?qū)崿F(xiàn)侵襲

胰腺癌，因極難在早期確診且致死率極高，素有“癌癥之王”之稱【1】。其癌前病變——早期的胰腺上皮內(nèi)瘤變（PanIN），其實(shí)在近半數(shù)健康人的胰腺中都能找到。然而，它們極少發(fā)展為致命的侵襲性胰腺導(dǎo)管癌（PDAC）【2,3】。這是因?yàn)樵缙诘腜anIN被基底膜緊緊包裹，處于相對(duì)“安全”的狀態(tài)。可一旦這些病變細(xì)胞獲得了破壞基底膜的能力，它們便會(huì)脫離原本規(guī)則的導(dǎo)管系統(tǒng)，向周圍的組織侵襲。這不僅會(huì)破壞胰腺正常組織，還會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)端器官轉(zhuǎn)移，甚至奪走患者生命【4】。

在胰腺癌的臨床前研究中，小鼠模型發(fā)揮了重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，將激活的Kras突變（人類PDAC中最常見(jiàn)的突變）與胰腺炎（高危因素）結(jié)合，能在短時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生大量PanIN【5】。但要真正演變成侵襲性癌，通常還需要腫瘤抑癌基因的失活，如Cdkn2a【6】或Trp53【7】等在人胰腺癌中具有高突變的腫瘤抑癌基因。

為了突破生存空間以及營(yíng)養(yǎng)的限制，腫瘤細(xì)胞會(huì)利用多種途徑向外擴(kuò)張，侵襲。其中，上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），作為腫瘤侵襲性發(fā)展的途徑之一，其機(jī)制被研究得最為廣泛【8】。經(jīng)歷EMT的癌細(xì)胞會(huì)抑制E-Cadherin的表達(dá)，失去上皮細(xì)胞極性，變成單個(gè)的、松散的、梭狀的間充質(zhì)形態(tài)，從而更易遷移【9】。雖然這種現(xiàn)象在小鼠模型中很常見(jiàn)【10】，但在人類胰腺癌中，僅有約16%的晚期病例出現(xiàn)了EMT特征【11】。更反常的是，很多研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)遺傳手段強(qiáng)制維持癌細(xì)胞的上皮狀態(tài)，往往反而會(huì)增強(qiáng)胰腺癌的侵襲力【12】。

這就引發(fā)了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：既然早期的PanIN如此普遍，而經(jīng)典的EMT不一定是人類胰腺癌侵襲的主要途徑，那么這些良性病變究竟是通過(guò)什么方式完成“惡化”，發(fā)展為致命的侵襲性癌癥的？在這個(gè)過(guò)程中，又是誰(shuí)（什么樣的基因轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)和轉(zhuǎn)錄因子）在幕后主導(dǎo)？

2026年4月30日，清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院Charles David副教授、陳默副教授、李勇博士，聯(lián)合北京協(xié)和醫(yī)院趙玉沛院士，吳文銘教授，彭俊雅助理研究員，以及華大研究院鄧子卿研究員，在Cancer Cell上發(fā)表了題為A conserved re-epithelialization program underlies malignancy in pancreatic ductal adenocarcinoma的研究論文。研究團(tuán)隊(duì)利用空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)揭示了一個(gè)驚人的現(xiàn)象：那些突破基底膜限制，正在向周圍組織侵襲的胰腺癌細(xì)胞，劫持了皮膚在創(chuàng)傷修復(fù)皮膚再上皮化過(guò)程（Cutaneous Re-epithelialization,CR）中的基因程序。這套程序幫助癌細(xì)胞突破基底膜的限制，進(jìn)而具備了向周圍組織侵襲的能力。研究不僅發(fā)現(xiàn)了主導(dǎo)這一過(guò)程的核心轉(zhuǎn)錄因子FOSL1，還發(fā)現(xiàn)腫瘤微環(huán)境中的一類特殊成纖維細(xì)胞（高表達(dá)CTHRC1的myCAF）扮演了“幫兇”的角色。

一、 空間轉(zhuǎn)錄組鑒定出侵襲相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)

為了探索人類胰腺癌侵襲性發(fā)展的分子機(jī)制，研究者對(duì)10例未經(jīng)過(guò)治療的人類胰腺癌樣本進(jìn)行了空間轉(zhuǎn)錄組分析。通過(guò)非負(fù)矩陣分解（NMF）算法，團(tuán)隊(duì)將復(fù)雜的基因表達(dá)數(shù)據(jù)劃分為13個(gè)基因表達(dá)模塊（Meta-programs, MPs）。其中，模塊MP10和MP11與腫瘤細(xì)胞本身直接相關(guān)。

結(jié)合這兩個(gè)模塊的空間位置分布和胰腺癌病人的病理切片分析，研究者發(fā)現(xiàn)：MP11傾向于富集在形態(tài)規(guī)則、被基底膜完好包裹的早期PanIN中；而MP10則高度集中在細(xì)胞核異質(zhì)性強(qiáng)、管狀結(jié)構(gòu)被破壞且正在向外侵襲的惡性癌區(qū)。晚期的PanIN通常同時(shí)表達(dá)這兩個(gè)模塊。同時(shí)，多種不同基因型的小鼠模型也證實(shí)了，在從良性PanIN向惡性PDAC轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，MP10基因網(wǎng)絡(luò)被顯著上調(diào)激活。這些發(fā)現(xiàn)表明，利用空間轉(zhuǎn)錄組，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，普通轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，研究者找到了一種驅(qū)動(dòng)人類和小鼠胰腺癌侵襲性發(fā)展的基因轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)，MP10。

二、 癌細(xì)胞劫持皮膚創(chuàng)傷修復(fù)程序幫助自身侵襲性發(fā)展

為了找出MP10中促進(jìn)胰腺癌侵襲的關(guān)鍵基因，研究者將上皮瘤變相關(guān)的三種基因表達(dá)模塊MP10，MP11與MP8 (腺泡-導(dǎo)管化生相關(guān)) 進(jìn)行UMAP分析。研究者發(fā)現(xiàn)，表達(dá)MP10的癌細(xì)胞依然高表達(dá)上皮細(xì)胞標(biāo)志物（如KRT19, EPCAM, CDH1），但不表達(dá)間充質(zhì)標(biāo)志物（如VIM, CDH2）。這一結(jié)果證實(shí)，穿透基底膜的胰腺癌細(xì)胞仍保留上皮特征，提示其侵襲途徑區(qū)別于典型的EMT或partial EMT。

更令人意外的是，MP10模塊中最核心、最特異的基因，絕大部分與皮膚損傷修復(fù)再上皮化過(guò)程（CR）密切相關(guān)。其中包括：I型半橋粒相關(guān)基因（如LAMC2, LAMA3, LAMB3, ITGB4, ITGA6, PLEC, CD151, COL17A1等）、CR特異的角蛋白KRT17、負(fù)責(zé)降解基質(zhì)的纖溶酶原激活系統(tǒng)成分（F3, PLAU, PLAUR），以及提供能量的糖酵解基因（SLC2A1, SLC16A3, LDHA, PKM）。

為了驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)，研究者使用了能阻斷創(chuàng)傷修復(fù)的小分子抑制劑（EGFR抑制劑，厄羅替尼和mTOR抑制劑，雷帕霉素）處理小鼠。結(jié)果顯示，這兩款藥物均可有效遏制癌細(xì)胞侵襲，將其 ‘禁錮’在基底膜之內(nèi)。此外，利用AAV小鼠在體系統(tǒng)分別敲除LAMC2、F3、ITGB4等CR關(guān)鍵基因，同樣極大地阻斷了胰腺癌的侵襲步伐。這證明“創(chuàng)傷修復(fù)程序”正是胰腺癌惡變的“關(guān)鍵武器”。

三、 揭秘幕后推手：FOSL1轉(zhuǎn)錄因子在胰腺癌侵襲性發(fā)展過(guò)程中具有主導(dǎo)作用

是什么開(kāi)啟了這套創(chuàng)傷修復(fù)程序？通過(guò)分析侵襲性癌細(xì)胞相比于良性瘤變更為開(kāi)放的染色質(zhì)區(qū)域，研究者鎖定了AP1轉(zhuǎn)錄因子家族。通過(guò)對(duì)AP1轉(zhuǎn)錄因子家族的所有成員進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)FOSL1，JUNB和ATF4轉(zhuǎn)錄因子對(duì)于人類和小鼠的胰腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)/存活的至關(guān)重要，相對(duì)于正常/胰腺上皮內(nèi)瘤變，F(xiàn)OSL1轉(zhuǎn)錄因子RNA和蛋白水平在侵襲性的胰腺癌中升高，且FOSL1的高表達(dá)和胰腺癌病人更差的預(yù)后正相關(guān)。

令人驚訝的是，在小鼠模型中，即使沒(méi)有抑癌基因的缺失/突變，僅僅在胰腺炎的背景下過(guò)表達(dá)FOSL1，就足以直接驅(qū)動(dòng)PanIN向侵襲性胰腺癌轉(zhuǎn)變。機(jī)制分析表明，產(chǎn)生侵襲性的癌細(xì)胞同樣上調(diào)了CR過(guò)程的相關(guān)基因（RNA水平和蛋白水平）。而相對(duì)于MP11的核心基因，F(xiàn)OSL1轉(zhuǎn)錄因子和JUNB轉(zhuǎn)錄因子在CR相關(guān)的基因上具有更強(qiáng)的結(jié)合能力，表明這兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子可能參與調(diào)控“創(chuàng)傷修復(fù)”轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)。以上結(jié)果，奠定了FOSL1在胰腺癌侵襲發(fā)展的主導(dǎo)地位。

四、 微環(huán)境里的“幫兇”：CTHRC1高表達(dá)的myCAF細(xì)胞通過(guò)促進(jìn)FOSL1蛋白的穩(wěn)定，幫助胰腺癌侵襲性發(fā)展

腫瘤微環(huán)境往往能夠影響細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。為了鑒定腫瘤微環(huán)境中調(diào)控胰腺癌侵襲性轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)的細(xì)胞亞群，研究者重新分析了人類胰腺癌空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。結(jié)果揭示，高表達(dá)CTHRC1的myCAF細(xì)胞與高表達(dá)FOSL1轉(zhuǎn)錄因子的癌細(xì)胞存在空間共定位現(xiàn)象。并且通過(guò)細(xì)胞間互作分析，發(fā)現(xiàn)這群CAF細(xì)胞與高表達(dá)CR基因的癌細(xì)胞之間，存在多個(gè)通路的信息交流，包括EGFR信號(hào)通路。同時(shí)體外實(shí)驗(yàn)表明，myCAF來(lái)源的可溶性分泌物（存在于myCAF培養(yǎng)基中），能夠通過(guò)促進(jìn)PDAC細(xì)胞中EGFR的磷酸化水平的提高，從而維持FOSL1轉(zhuǎn)錄因子的穩(wěn)定。此外，研究者發(fā)現(xiàn)EGFR抑制劑通過(guò)抑制FOSL1轉(zhuǎn)錄因子的穩(wěn)定性，進(jìn)而阻礙胰腺癌侵襲性發(fā)展。上述結(jié)果，表明腫瘤細(xì)胞和微環(huán)境的互作，促進(jìn)胰腺癌的侵襲性發(fā)展。

總之，本研究勾勒出了一幅清晰的胰腺癌惡變路線圖：作為“主謀”的FOSL1轉(zhuǎn)錄因子，通過(guò)啟動(dòng)一套本用于皮膚創(chuàng)傷修復(fù)（CR）的基因程序，賦予了胰腺癌突破基底膜、大舉侵襲的能力。同時(shí)，腫瘤微環(huán)境中的CTHRC1+ myCAF細(xì)胞作為“幫兇”，通過(guò)互作通路穩(wěn)定了FOSL1的表達(dá)，共同塑造了促侵襲的微環(huán)境。這項(xiàng)研究顛覆了對(duì)胰腺癌侵襲機(jī)制的傳統(tǒng)認(rèn)知，為治療胰腺癌提供了極具潛力的全新治療靶向方向。

清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院卓美蓮博士，李勇博士（兩人現(xiàn)皆為天府錦城實(shí)驗(yàn)室前沿醫(yī)學(xué)中心副研究員）以及北京協(xié)和醫(yī)院-清華大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士張貽峰，國(guó)科大生命科學(xué)學(xué)院（華大專項(xiàng)）碩士研究生楊晨露為本篇文章的共同第一作者。清華大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院Charles David副教授，陳默副教授，李勇博士，北京協(xié)和醫(yī)院、疑難重癥及罕見(jiàn)病全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙玉沛院士，吳文銘教授，彭俊雅助理研究員，以及華大研究院鄧子卿研究員為本篇文章的共同通訊作者。同時(shí)鄒迪博士，博士生徐文浩，韓晶博士，博士生王賽賽，鄧浩浩博士，博士生潘旭，博士生頓瑞康，博士生何瑞哲，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院劉明洋助理教授以及各課題組其它成員對(duì)課題提供了幫助與支持。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Charles J. David是清華大學(xué)副教授、北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心研究員。團(tuán)隊(duì)運(yùn)用先進(jìn)的人類腫瘤多組學(xué)分析技術(shù)，結(jié)合前沿的小鼠模型，致力于解析癌癥發(fā)生與發(fā)展的關(guān)鍵決定因素。團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了利用腺相關(guān)病毒（AAV）與CRISPR/Cas9系統(tǒng)，建立起一種便捷的自發(fā)性胰腺癌小鼠模型。研究重點(diǎn)包括腫瘤形成過(guò)程中的轉(zhuǎn)錄與表觀遺傳調(diào)控機(jī)制，以及這些轉(zhuǎn)錄程序與致癌基因、抑癌基因之間的相互作用。團(tuán)隊(duì)現(xiàn)正招聘博士后/助理研究員1-2名，專注于腫瘤進(jìn)展的表現(xiàn)遺傳調(diào)控，基于腫瘤依賴性抗原的CAR-T/NK療法開(kāi)發(fā)等研究領(lǐng)域。如有意向，請(qǐng)聯(lián)系。

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