近期，哈佛医学院的一项前列腺癌研究揭示了原发灶、CTC及转移灶细胞的激酶活性差异，并探讨了这些差异对肿瘤治疗敏感性的影响。该研究证明与间质型CTC相比，上皮型CTC具有更高激酶活性，并与更差的预后相关。

研究者首先分析了与细胞生长、存活和代谢至关重要的PI3K/mTOR信号通路在原发肿瘤、CTC以及转移灶中的活性差异。结果表明PI3K/mTOR在前列腺癌骨转移细胞中表现为活性升高。对不同肿瘤区段收集的所有单细胞的平均表达结果进行定量分析，与原发肿瘤、CTC、肺和肝转移相比，骨转移细胞表达了更高水平的增殖标志物。PI3K/mTOR信号指数在骨转移收集的单个细胞中明显高于从所有其它部位富集的肿瘤细胞(图1A-C)。在小鼠前列腺癌模型CE1-4中也发现了同样的结果(图1D-F)。

图1. PI3K/mTOR活性在骨转移中升高

为了探索不同部位的肿瘤对PI3K/mTOR 抑制剂治疗的响应情况，研究者用BEZ235(一种咪唑喹啉衍生物，PI3K/mTOR抑制剂)对PC3小鼠进行治疗(图2A)。发现BEZ235可显著减小前列腺癌小鼠的肿瘤负荷，同时也可以抑制骨内肿瘤的生长(图2C)。此外，原发性肿瘤细胞和CTCs的PI3K/mTOR指数在BEZ235治疗后显著下降。研究结果提示BEZ235可通过阻断PI3K/mTOR信号通路从而抑制肿瘤的生长。

图2. 不同肿瘤对PI3K/mTOR 抑制剂治疗的响应具有异质性

上皮-间质转化（Epithelial-Mesenchymal Transition，EMT）被认为是促进肿瘤对激酶抑制剂治疗产生耐药性的关键过程。所以研究者进一步分析了EMT对BEZ235治疗响应的影响程度。首先用EpCAM和GFP抗体对未治疗和经BEZ235治疗后的原发肿瘤进行免疫组化染色，用以区分肿瘤细胞和间质细胞。结果发现：EpCAM在肿瘤组织中的表达是不均匀的(图3A)，在经过治疗的耐药原发肿瘤中表达率急剧下降(图3B)，EpCAM低表达细胞在经过治疗后的CTC和原发肿瘤中都显著增多(图3C)。为了确定高表达-EpCAM和低表达-EpCAM是否可以区分上皮细胞和间质细胞，研究者分析了间质细胞标志基因在两组之间的表达情况，结果发现高表达-EpCAM的细胞显示出间质标志基因的低表达(图3D-E)，提示EpCAM水平能区分上皮和间质细胞。研究还发现高表达-EpCAM的上皮细胞表现出更高的PI3K/mTOR活性，故上皮型细胞对BE235抑制剂更敏感。

图3. PI3K/mTOR 抑制剂对不同肿瘤治疗响应具有异质性

为了确定上皮型和间质型肿瘤细胞与肿瘤患者的生存关系，研究者分析了从13例mCRPC患者中分离出来的77个CTCs的单细胞RNA-seq数据。结果共鉴定出42个上皮型CTC和35个间质型CTC (图4A-B)。与这些前列腺癌患者的间质CTCs相比，上皮型CTCs中与PI3K/mTOR活性相关的基因表达显著升高(图4B)。接受恩杂鲁胺治疗并表现出影像学和/或PSA进展的5例患者的CTCs PI3K/ mTOR活性高于8例未接受恩杂鲁胺治疗的患者(图4C)。此外，研究者还利用拷贝数变异(CNV)鉴定肿瘤细胞分析了来自12位患者的13例前列腺肿瘤样本的公开单细胞转录组数据(12例原发性肿瘤和1例淋巴结转移)。与这些前列腺癌样本中的间充质型细胞相比，上皮细胞中与PI3K/mTOR活性相关的基因表达显著升高(图4D)。另外，在TCGA中分析前列腺癌队列，结果表明增加的 PI3K/mTOR 活性与较差的无复发生存期 (RFS) 和总生存期 (OS) 显著相关(图4E)。将该研究结果扩展到乳腺癌，对来自乳腺癌CTCs的单细胞RNA-seq数据集的分析也显示，相比于间质型CTC，上皮CTC中PI3K/mTOR活性相关的基因表达显著升高(图4F)。我们发现上皮型CTC中PI3K/mTOR活性增加与不良预后显著相关(图4G)。

图4.上皮和间充质型CTC表现出不同的PI3K/mTOR活性

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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