【STTT】中国医学科学院发文：结肠癌肝转移的潜在机制

近日，中国医学科学院研究团队在期刊《Signal Transduction and Targeted Therapy》上发表了研究论文，题为“Single-cell exome sequencing reveals polyclonal seeding and TRPS1 mutations in colon cancer metastasis”，本研究中，为了探索转移灶内的克隆进化和遗传异质性，研究人员对从1例ⅳ期结肠癌患者的原发肿瘤、肝转移灶和淋巴转移灶分离出的150个单细胞进行了单细胞外显子组测序。肿瘤样本的基因图谱显示，淋巴转移和肝转移均来自原发肿瘤的同一区域。值得注意的是，肝转移灶直接来源于原发肿瘤，绕过了淋巴结。对不同肿瘤内单个细胞对的测序数据进行对比分析，发现肝转移和淋巴转移的遗传异质性也大于原发肿瘤。这一发现表明，肝和淋巴转移起源于多克隆来源的循环肿瘤细胞(CTC)簇，而不是原发肿瘤的单个细胞。单细胞转录组分析提示EMT评分和CNV评分与更多的多克隆转移相关。此外，TRPS1(转录抑制GATA结合1)基因的突变(TRPS1 R544Q)在肝转移的单细胞中富集。该突变通过TRPS1R544Q/ZEB1轴在体外和体内显著增加CRC的侵袭和迁移。在更多的结肠癌病例中检测到更多的TRPS1突变，与晚期疾病和不良预后相关。这些结果揭示了多克隆种植和TRPS1突变是驱动结肠癌肝转移发展的潜在机制。

https://www.nature.com/articles/s41392-024-01960-8

背景知识

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结肠癌是全球最流行和最致命的癌症之一。据报道，约有一半的结肠癌患者死于肝转移相关的肝功能衰竭等综合征。转移性结直肠癌(mCRC)的5年生存率低于15%。肝转移瘤对治疗的反应通常与原发肿瘤或淋巴转移瘤不同。虽然已有多项研究描述了结肠癌的克隆演变，但关于转移的起源存在分歧。多项研究表明，肝转移来源于原发肿瘤的单个循环肿瘤细胞(ctc)。单个CTC具有从原发肿瘤部位分离并通过血流播散到其他组织和器官的能力。脱离原发肿瘤后，这些单一的侵袭性CTC通过血流到达肝脏，并在那里形成新的克隆群。它们在基因组水平上高度相似，因为它们来源于相同的原始癌细胞。而其他研究发现CTC簇表现出更大的形成转移的潜力。相对于个体CTC在面对免疫系统监视和攻击时相对较弱的免疫逃逸能力，CTC集群中的细胞可以相互支持，提高生存、侵袭性和治疗抵抗性。CTC簇中的细胞可能具有不同的基因组特征，使其能够在新环境中更快地适应和生长。此外，最近的研究表明，大多数肝转移是直接来源于原发肿瘤，而不是以前认为的通过淋巴转移。

肿瘤转移是一个受多种因素影响的复杂过程。低氧微环境可促进肿瘤细胞能量代谢的重编程，增强其侵袭性和转移性，使肿瘤细胞对化疗药物和放疗产生耐药性。缺氧一方面可诱导参与药物代谢和DNA修复的特定基因表达，使肿瘤细胞逃避治疗药物的细胞毒性作用;另一方面，乏氧微环境也会减少药物在肿瘤组织内的渗透和分布，使药物难以达到有效浓度肿瘤细胞本身的基因也会发生突变，使细胞更具侵袭性和迁移性。原癌基因的异常激活可导致细胞增殖信号的过度增强，使细胞失去正常的生长调节，从而导致无限增殖。同时，抑癌基因的失活会导致细胞失去增殖抑制，进一步加重细胞的异常增殖。上皮-间充质转化(EMT)也是癌症转移的关键驱动因素。

TRPS1 R544Q突变促进结直肠癌体内外转移

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原发肿瘤和转移灶之间的突变差异可以突出参与转移进展的关键驱动基因，从而使研究人员对转移的基础生物学有了更深入的了解。TRPS1 R544Q突变仅存在于肝转移灶来源的单细胞中，而不存在于原发灶和淋巴结转移灶来源的单细胞中。鉴于TRPS1突变已在人类癌症中被报道并与转移相关，TRPS1被选为一个候选基因，用于进一步研究CRC中负责远处转移的分子机制。

首先，研究人员检测了7个结直肠癌细胞系中TRPS1的表达，发现TRPS1在HCT116和SW480细胞中呈低表达。为了进一步研究，研究人员建立了同时稳定表达野生型和突变型TRPS1的HCT116和SW480细胞株，经蛋白质免疫印迹实验和Sanger测序验证。接下来，研究人员在体外迁移和侵袭实验中检测了突变TRPS1的远端器官归巢潜能。结果表明，TRPS1-MT组的转移能力是TRPS1-WT组的2 ~ 3倍，是对照组的3 ~ 5倍。在划痕愈合实验中，TRPS1-MT细胞的线性划痕在伤后36小时内完全愈合，而对照组和TRPS1-WT细胞的划痕区域在同一时间内仅约30% - 60%愈合。

TRPS1 R544Q突变促进结直肠癌细胞体内外转移

为了检测TRPS1-MT在HCT116和SW480细胞中的转移潜能，研究人员分别通过尾静脉和脾内注射建立了两种小鼠肺和肝转移模型。注射TRPS1-MT细胞的小鼠生存率明显低于注射TRPS1-WT细胞或对照细胞的小鼠。此外，携带TRPS1-MT细胞的小鼠出现了多个器官的广泛转移，包括肺、肝、心脏、胰腺、卵巢和远处淋巴结。然而，注射TRPS1-WT细胞和对照细胞的小鼠发生转移的频率较低，对照组的发生频率最低。肺(尾静脉注射)和肝(脾内注射)组织切片苏木精-伊红(he)染色显示，TRPS1-MT组的结节数量约为TRPS1-WT组的3 ~ 5倍，而对照组的结节相对较少。Ki67染色显示TRPS1突变的肝转移瘤细胞增殖明显。在荧光素酶标记的HCT116细胞中，过表达TRPS1突变体也观察到类似的转移结果。综上所述，TRPS1 R544Q突变增强了HCT116和SW480细胞的体内外转移能力。

研究小结

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综上所述，本研究对来自结肠癌患者原发肿瘤和转移部位的大量单细胞进行了全面的遗传分析。单细胞水平分析使研究人员能够比较不同组织的遗传景观，并检查每个样本的组织内异质性。本研究结果支持肝转移和淋巴转移均来源于原发肿瘤内的特定区域，并涉及独立的多克隆细胞簇的迁移。最后，TRPS1可能通过促进上皮-间充质转化促进结肠癌转移性多克隆种植。（转化医学网360zhyx.com）

【参考资料】

https://www.nature.com/articles/s41392-024-01960-8

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