Science：將正常人類上皮組織重新編程為致死性神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤細(xì)胞系

楊 林 介評(píng)

(西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科，陜西西安 710061)

來源于不同人類器官的腫瘤在表型和分子特征上具有共同性。小細(xì)胞神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤(Small cell neuroendocrine carcinoma，SCNC)組織學(xué)特征獨(dú)特，而且可以從包括前列腺和肺等幾乎所有器官的上皮中產(chǎn)生。這些腫瘤從正常上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤的表型并獲得治療抵抗性。對(duì)來自多種腫瘤類型的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行的大數(shù)據(jù)分析提供大量證據(jù)，支持腫瘤進(jìn)展期間SCNC的表型趨同，但其潛在的分子機(jī)制尚不完全清楚。

為了探究是否可以通過已知的致癌因子將不同的人上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為SCNC，作者[PARK JW, LEE JK, SHEU KM, et al. Reprogramming normal human epithelial tissues to a common, lethal neuroendocrine cancer lineage.Science,2018,362(6410):91-95.]使用了人體正常組織進(jìn)行轉(zhuǎn)化并進(jìn)行分析。小細(xì)胞前列腺癌(small cell prostatic cancer,SCPC)是一種神經(jīng)內(nèi)分泌前列腺癌(neuroendocrine prostatic cancer,NEPC)，高度惡性。c-Myc、N-Myc與AKT1(myrAKT1)的過表達(dá)分別驅(qū)動(dòng)正常人前列腺上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為低分化的前列腺腺癌或SCPC。為了確定SCPC的其他致癌基因，基于前列腺癌包括SCPC的遺傳改變，研究了顯性失活p53(TP53DN)(P)、myrAKT1(A)、RB1-短發(fā)夾RNA(shRNA)(R)、c-Myc(C)和BCL2(B)的功能效應(yīng)。這5種遺傳因子簡(jiǎn)稱為PARCB。從8名人類供體的前列腺中分離出基底上皮細(xì)胞，并用PARCB因子進(jìn)行病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)，在類器官系統(tǒng)中短暫培養(yǎng)后移植到免疫缺陷的NOD/SCID-IL2R-gc-KO小鼠中。通過免疫染色證實(shí)PARCB基因表達(dá)和腫瘤的人細(xì)胞起源。源自基底細(xì)胞的所有PARCB腫瘤均顯示出人類SCPC的組織學(xué)特征，包括高核-細(xì)胞質(zhì)比率、頻繁的有絲分裂和凋亡以及神經(jīng)內(nèi)分泌分化(neuroendocrine differentitation,NED)標(biāo)記的均勻表達(dá)。

接下來通過逐一排除法分析確定PARCB組合啟動(dòng)SCPC所必需的基因。在沒有c-Myc或myrAKT1的情況下無腫瘤發(fā)生。在沒有BCL2的情況下，PARC組合仍然產(chǎn)生具有組織學(xué)特征的腫瘤和與SCPC一致的NED標(biāo)記物表達(dá)，但效率降低。與BCL2相比，RB1-shRNA和TP53DN一起或單獨(dú)對(duì)于SCPC的發(fā)展不可或缺。由這些條件產(chǎn)生的腫瘤-PACB(不含RB1-shRNA)、ARCB(不含TP53DN)和ACB(不含TP53DN和RB1-shRNA)顯示低分化前列腺癌的組織學(xué)特征。 PACB和ARCB腫瘤僅顯示NED標(biāo)志物的點(diǎn)狀表達(dá)。因此，在人前列腺上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程中，RB1的缺失和p53的失活，在將上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為SCPC過程中的神經(jīng)內(nèi)分泌譜系是必需的。

RNA-seq數(shù)據(jù)顯示，PARCB細(xì)胞系的轉(zhuǎn)錄組與ACB、PACB和ARCB系的轉(zhuǎn)錄組不同。全轉(zhuǎn)錄組分析提示PARCB細(xì)胞系與SCPC患者樣品具有強(qiáng)烈的轉(zhuǎn)錄相似性，與臨床樣品相比，它們不表達(dá)可檢測(cè)水平的雄激素受體(androgen receptor,AR),并且表現(xiàn)出最低水平的AR信號(hào)傳導(dǎo)活性。 PARCB細(xì)胞系在體內(nèi)和體外也顯示出NED標(biāo)記。

通過ATAC-seq測(cè)量了全基因組染色質(zhì)可及性及其與轉(zhuǎn)錄程序的關(guān)聯(lián)，與ACB、PACB或ARCB系相比，PARCB和患者來源的SCPC系顯示出明顯的染色質(zhì)可及性。與ACB系相比，PARCB系中p53和RB的雙重失活誘導(dǎo)染色質(zhì)可及性的顯著變化。然而，與ACB系相比，分別在PACB或ARCB系中單獨(dú)滅活p53或RB不會(huì)改變?nèi)旧|(zhì)可及性。與ACB系相比，PARCB系中過度染色的區(qū)域高度富集了與神經(jīng)元分化和小細(xì)胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)相關(guān)的基因。

隨后，作者研究了PARCB系與其他器官的SCNCs的相似性。通過使用PARCB系中上調(diào)的基因?qū)?38個(gè)轉(zhuǎn)錄分析的癌細(xì)胞系進(jìn)行了基因列表富集分析。該分析證明PARCB細(xì)胞系在轉(zhuǎn)錄上與SCLC細(xì)胞系和NCI-H660 SCPC細(xì)胞系最相似。為了進(jìn)一步評(píng)估SCPC和SCLC的相似性，作者將來自人肺癌樣品的基因表達(dá)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)到前列腺癌聚類圖上。所有臨床SCLC樣本與SCPC樣本緊密聚集，提示前列腺和肺SCNCs在組織學(xué)和轉(zhuǎn)錄上都相似。

鑒于PARCB前列腺癌模型與SCPC和SCLC的相似性，接下來了解PARCB因子是否可以從人肺上皮細(xì)胞中啟動(dòng)SCLC。以類似于原代人前列腺細(xì)胞轉(zhuǎn)化的方式，用PARCB慢病毒轉(zhuǎn)化原代正常人支氣管上皮(normal bronchial epithelium,NHBE)細(xì)胞。NHBE-PARCB腫瘤顯示出臨床SCLC的典型組織學(xué)特征和NED標(biāo)志物表達(dá)特征。

正常的前列腺基底上皮細(xì)胞和NHBE細(xì)胞顯示出不同的轉(zhuǎn)錄組，然而，前列腺PARCB和NHBE-PARCB細(xì)胞系緊密聚集在一起，提示與PARCB因子重編程相關(guān)的共有基因表達(dá)譜，而與起源組織無關(guān)。

點(diǎn)評(píng)：目前應(yīng)用的腫瘤治療方法幾乎不可避免地導(dǎo)致治療抵抗性腫瘤的產(chǎn)生。在各種上皮細(xì)胞癌中，越來越多地出現(xiàn)具有侵襲性臨床特征和神經(jīng)內(nèi)分泌特性的治療抵抗性腫瘤。根據(jù)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳學(xué)證據(jù)，由不同上皮器官產(chǎn)生的SCNC表型具有共同的遺傳和表觀遺傳學(xué)特點(diǎn)。源自于不同器官的正常人上皮細(xì)胞具有其自身的分子特點(diǎn)，但該研究結(jié)果表明，一組確定的致癌因子可以誘導(dǎo)來自不同上皮細(xì)胞類型產(chǎn)生共同的神經(jīng)內(nèi)分泌癌癥譜系。這些數(shù)據(jù)可能有助于確定新的治療方法，以防止SCNCs的出現(xiàn)并在出現(xiàn)時(shí)對(duì)其進(jìn)行治療。