ZEB1

【导读】 肝转移仍然是结肠癌患者死亡的主要原因，识别导致转移的特定驱动基因突变可能提供有价值的治疗靶点。 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.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41392-024-01960-8 背景知识 01 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 02 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 03 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。 【参考资料】 https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41392-024-01960-8 【关于投稿】 转化医学网（360zhyx.com）是转化医学核心门户，旨在推动基础研究、临床诊疗和产业的发展，核心内容涵盖组学、检验、免疫、肿瘤、心血管、糖尿病等。如您有最新的研究内容发表，欢迎联系我们进行免费报道（公众号菜单栏-在线客服联系），我们的理念：内容创造价值，转化铸就未来！ 转化医学网（360zhyx.com）发布的文章旨在介绍前沿医学研究进展，不能作为治疗方案使用；如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门推荐活动 点击免费报名 🕓 上海｜11月15日-16日 ▶ 2024第一届中国类器官转化医学大会 点击对应文字 查看详情

【导读】癌症是一种涉及复杂分子网络的全身性异质性疾病。肿瘤的形成涉及上皮-间充质转化(EMT)， EMT促进肿瘤细胞的转移和可塑性。最近的实验表明，癌细胞可以通过药物的联合作用转化为脂肪细胞。然而，从分子网络的角度来看，这些药物的作用机制仍然难以捉摸。 9月11日，复旦大学与天津中医药大学研究人员合作共同在期刊《Advanced Science》上发表了研究论文，题为“Energy Landscape Reveals the Underlying Mechanism of Cancer-Adipose Conversion in Gene Network Models”，本研究采用系统生物学方法，结合数学建模和分子实验，基于其底层的分子调节网络，识别出四种吸引子，分别对应于上皮细胞(E)、间质细胞(M)、脂肪细胞(A)和部分/中间上皮-间质转化(P)细胞状态的CAC景观。景观和过渡路径结果表明，中间状态在癌症向脂肪转化过程中起着关键作用。通过景观控制方法，识别出两种新的药物组合治疗策略，以促进CAC。这些预测在不同的细胞系中通过分子实验得到验证。计算和实验相结合的方法为探索癌症网络中细胞命运转换的分子机制提供了有力工具。本研究结果揭示了控制CAC的中间细胞状态的潜在机制，并识别出新的潜在药物组合以诱导癌症脂肪生成。 https://onlinelibrary-wiley-com.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1002/advs.202404854 背景知识  01  癌症的形成是一个由多重过渡状态所控制的复杂过程，这些过渡状态受底层基因调控网络的调控。肿瘤细胞会经历上皮-间质转化（EMT）和间质-上皮转化（MET），以实现可塑性和转移。EMT过程增强了癌细胞的可塑性，并被认为有助于癌症转移。有人提出，经历EMT和/或MET的细胞进入一种高度可塑的状态，这可能为治疗干预提供了关键窗口。例如，最近的研究表明，通过特定的治疗方法，癌细胞可以转化为脂肪细胞。然而，目前尚不清楚驱动这种癌症-脂肪转化（CAC）的机制。这促使研究人员探索控制CAC中细胞命运决定的分子调控网络。 动态建模方法为分析生物网络的功能和行为提供了有效的工具，例如用于研究EMT和癌症网络。同时，由于细胞内和作用于细胞的外部波动的存在，需要考虑细胞命运决定的随机描述。基于经典沃丁顿表观遗传景观隐喻的能量景观理论已被开发用于研究基因调控网络的随机动力学，例如在发育和癌变过程中发生的情况。从景观视角来看，细胞类型可以由景观上的吸引力盆地来表征，这反映了不同细胞类型的出现概率。具有较低势能（或较高概率）的状态代表吸引子或具有生物学功能的状态，构成吸引力盆地或稳定状态。从这个角度来看，如肿瘤发生或分化等生物学过程可以被理解为从一个吸引子状态到另一个状态的基因表达状态空间中基因调控网络的过渡。此外，可以通过最小作用路径方法从景观中量化吸引子或细胞类型的动态转换路径。这些方法可以揭示转换过程中基因激活或失活的顺序，并作为探索细胞从癌变到成为脂肪细胞转换机制的强大概念/理论工具。 分子实验验证了联合用药诱导癌细胞成脂的有效性  02  研究人员选取肝癌(Hep3B、Huh-7)、乳腺癌(MDA-MB-231)和结直肠癌(SW480、SW620)侵袭性细胞株建立ZEB1过表达模型进行实验验证。过表达ZEB1后，细胞的体积和增殖率增加。罗格列酮处理24 h后细胞形态趋于圆形。在Hep3B和MDA-MB-231细胞系中克隆形成实验表明，ZEB1过表达促进细胞增殖，罗格列酮处理可抑制其增殖。为了评估脂滴的积聚，研究人员使用油红染色，观察到与ZEB1单独过表达相比，ZEB1过表达和罗格列酮联合处理的脂滴形成增强。 罗格列酮联合过表达ZEB1促进肿瘤细胞向脂肪细胞转化 研究人员通过蛋白质免疫印迹实验和qRT-PCR分析了脂质代谢和脂肪生成标记物，包括PPARγ， C/EBPα和Fabp4，发现ZEB1和罗格列酮一起过表达显著促进脂质代谢和脂肪生成。在肝癌(Huh-7)和结直肠癌(SW480, SW620)细胞中观察到类似的结果。BODIPY脂质染色进一步证实了联合治疗后脂滴的增加。此外，通过划痕实验和迁移实验来探讨对肿瘤细胞侵袭性的影响。结果表明，ZEB1的过表达增强了肿瘤的侵袭性，而随后的罗格列酮治疗显著降低了这种作用，影响了肿瘤细胞的迁移。值得注意的是，研究人员使用的乳腺癌细胞株(MDA-MB-231)是P53突变型细胞株，而肝癌细胞株(Hep3B)是P53野生型细胞株。因此，研究人员的联合药物对有和无P53突变的两种细胞系都有效，这也得到了建模结果的支持。 通过模型预测，研究人员进一步检验了另一种药物组合的影响，即添加罗格列酮和MDM2过表达。值得注意的是，在Hep3B细胞系中，MDM2蛋白水平随着ZEB1的过表达而增加，可能是由于ZEB1通过miR-145间接激活MDM2。MDM2过表达联合罗格列酮促进CAC的作用进一步得到实验证实。BODIPY的免疫荧光阳性染色和BODIPY的流式细胞术检测显示，联合用药后，肿瘤细胞脂滴增加。同时，迁移实验显示过表达MDM2后肿瘤侵袭能力增强，加入罗格列酮后肿瘤细胞迁移能力明显降低。 进一步分析显示，联合用药后SGBS细胞成脂分化(第7天)与我们诱导的细胞相似(MDA-MB-231细胞的相关系数从0.69增加到0.72,Hep3B细胞的相关系数从0.52增加到0.74)，说明联合用药后的癌细胞被诱导成更具有成熟脂肪细胞的特征。综上所述，RNA-seq结果进一步支持研究人员预测的联合药物可以有效诱导癌细胞向脂肪细胞转化。 研究小结  03 综上所述，本研究工作通过基因网络模型提供了对癌症-脂肪转化的全面理解。景观和过渡路径为理解癌症网络中细胞命运决定的潜在机制提供了一个框架，并有助于设计原则，以优化癌症治疗的联合药物策略。 【参考资料】https://onlinelibrary-wiley-com.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1002/advs.202404854 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。

【导读】 癌症是一种涉及复杂分子网络的全身性异质性疾病。肿瘤的形成涉及上皮-间充质转化(EMT)， EMT促进肿瘤细胞的转移和可塑性。最近的实验表明，癌细胞可以通过药物的联合作用转化为脂肪细胞。然而，从分子网络的角度来看，这些药物的作用机制仍然难以捉摸。 9月11日，复旦大学与天津中医药大学研究人员合作共同在期刊《Advanced Science》上发表了研究论文，题为“Energy Landscape Reveals the Underlying Mechanism of Cancer-Adipose Conversion in Gene Network Models”，本研究采用系统生物学方法，结合数学建模和分子实验，基于其底层的分子调节网络，识别出四种吸引子，分别对应于上皮细胞(E)、间质细胞(M)、脂肪细胞(A)和部分/中间上皮-间质转化(P)细胞状态的CAC景观。景观和过渡路径结果表明，中间状态在癌症向脂肪转化过程中起着关键作用。通过景观控制方法，识别出两种新的药物组合治疗策略，以促进CAC。这些预测在不同的细胞系中通过分子实验得到验证。计算和实验相结合的方法为探索癌症网络中细胞命运转换的分子机制提供了有力工具。 本研究结果揭示了控制CAC的中间细胞状态的潜在机制，并识别出新的潜在药物组合以诱导癌症脂肪生成。 https://onlinelibrary-wiley-com.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1002/advs.202404854 背景知识 01 癌症的形成是一个由多重过渡状态所控制的复杂过程，这些过渡状态受底层基因调控网络的调控。肿瘤细胞会经历上皮-间质转化（EMT）和间质-上皮转化（MET），以实现可塑性和转移。EMT过程增强了癌细胞的可塑性，并被认为有助于癌症转移。有人提出，经历EMT和/或MET的细胞进入一种高度可塑的状态，这可能为治疗干预提供了关键窗口。例如，最近的研究表明，通过特定的治疗方法，癌细胞可以转化为脂肪细胞。然而，目前尚不清楚驱动这种癌症-脂肪转化（CAC）的机制。这促使研究人员探索控制CAC中细胞命运决定的分子调控网络。 动态建模方法为分析生物网络的功能和行为提供了有效的工具，例如用于研究EMT和癌症网络。同时，由于细胞内和作用于细胞的外部波动的存在，需要考虑细胞命运决定的随机描述。基于经典沃丁顿表观遗传景观隐喻的能量景观理论已被开发用于研究基因调控网络的随机动力学，例如在发育和癌变过程中发生的情况。从景观视角来看，细胞类型可以由景观上的吸引力盆地来表征，这反映了不同细胞类型的出现概率。具有较低势能（或较高概率）的状态代表吸引子或具有生物学功能的状态，构成吸引力盆地或稳定状态。从这个角度来看，如肿瘤发生或分化等生物学过程可以被理解为从一个吸引子状态到另一个状态的基因表达状态空间中基因调控网络的过渡。此外，可以通过最小作用路径方法从景观中量化吸引子或细胞类型的动态转换路径。这些方法可以揭示转换过程中基因激活或失活的顺序，并作为探索细胞从癌变到成为脂肪细胞转换机制的强大概念/理论工具。 分子实验验证了联合用药诱导癌细胞成脂的有效性 02 研究人员选取肝癌(Hep3B、Huh-7)、乳腺癌(MDA-MB-231)和结直肠癌(SW480、SW620)侵袭性细胞株建立ZEB1过表达模型进行实验验证。过表达ZEB1后，细胞的体积和增殖率增加。罗格列酮处理24 h后细胞形态趋于圆形。在Hep3B和MDA-MB-231细胞系中克隆形成实验表明，ZEB1过表达促进细胞增殖，罗格列酮处理可抑制其增殖。为了评估脂滴的积聚，研究人员使用油红染色，观察到与ZEB1单独过表达相比，ZEB1过表达和罗格列酮联合处理的脂滴形成增强。 罗格列酮联合过表达ZEB1促进肿瘤细胞向脂肪细胞转化 研究人员通过蛋白质免疫印迹实验和qRT-PCR分析了脂质代谢和脂肪生成标记物，包括PPARγ， C/EBPα和Fabp4，发现ZEB1和罗格列酮一起过表达显著促进脂质代谢和脂肪生成。在肝癌(Huh-7)和结直肠癌(SW480, SW620)细胞中观察到类似的结果。BODIPY脂质染色进一步证实了联合治疗后脂滴的增加。此外，通过划痕实验和迁移实验来探讨对肿瘤细胞侵袭性的影响。结果表明，ZEB1的过表达增强了肿瘤的侵袭性，而随后的罗格列酮治疗显著降低了这种作用，影响了肿瘤细胞的迁移。值得注意的是，研究人员使用的乳腺癌细胞株(MDA-MB-231)是P53突变型细胞株，而肝癌细胞株(Hep3B)是P53野生型细胞株。因此，研究人员的联合药物对有和无P53突变的两种细胞系都有效，这也得到了建模结果的支持。 通过模型预测，研究人员进一步检验了另一种药物组合的影响，即添加罗格列酮和MDM2过表达。值得注意的是，在Hep3B细胞系中，MDM2蛋白水平随着ZEB1的过表达而增加，可能是由于ZEB1通过miR-145间接激活MDM2。MDM2过表达联合罗格列酮促进CAC的作用进一步得到实验证实。BODIPY的免疫荧光阳性染色和BODIPY的流式细胞术检测显示，联合用药后，肿瘤细胞脂滴增加。同时，迁移实验显示过表达MDM2后肿瘤侵袭能力增强，加入罗格列酮后肿瘤细胞迁移能力明显降低。 进一步分析显示，联合用药后SGBS细胞成脂分化(第7天)与我们诱导的细胞相似(MDA-MB-231细胞的相关系数从0.69增加到0.72,Hep3B细胞的相关系数从0.52增加到0.74)，说明联合用药后的癌细胞被诱导成更具有成熟脂肪细胞的特征。综上所述，RNA-seq结果进一步支持研究人员预测的联合药物可以有效诱导癌细胞向脂肪细胞转化。 研究小结 03 综上所述，本研究工作通过基因网络模型提供了对癌症-脂肪转化的全面理解。景观和过渡路径为理解癌症网络中细胞命运决定的潜在机制提供了一个框架，并有助于设计原则，以优化癌症治疗的联合药物策略。 【参考资料】 https://onlinelibrary-wiley-com.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1002/advs.202404854 【关于投稿】 转化医学网（360zhyx.com）是转化医学核心门户，旨在推动基础研究、临床诊疗和产业的发展，核心内容涵盖组学、检验、免疫、肿瘤、心血管、糖尿病等。如您有最新的研究内容发表，欢迎联系我们进行免费报道（公众号菜单栏-在线客服联系），我们的理念：内容创造价值，转化铸就未来！ 转化医学网（360zhyx.com）发布的文章旨在介绍前沿医学研究进展，不能作为治疗方案使用；如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门推荐活动 点击免费报名 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会 🕓 上海｜11月15日-16日 ▶ 2024第一届中国类器官转化医学大会 点击对应文字 查看详情