【文献解读】聚焦E-cadherin：肿瘤立足生存先 再谈开疆扩土
《Nature》首次发现，癌症转移并不需要的E-cadherin，实际是保证肿瘤细胞生存的关键。
背景
肿瘤细胞在早期会疯狂生长，侵入和传播到组织内，形成肿瘤。晚期则会转移，形成新的病灶。过去认为，肿瘤细胞的转移与E-cadherin（E-cad）有关。
E-cad是上皮细胞膜蛋白，能把不同的细胞“粘”在一起，形成固定结构和形态的组织。当发生上皮-间质转化（EMT）时，E-cad就会丢失，上皮细胞从原本的组织脱离，获得间充质细胞样的灵活性。EMT由特定的分子信号激活，如转化生长因子β（TGF-β）。EMT在胚胎发育，组织修复等生理过程中发挥重要功能，肿瘤细胞利用EMT，减少E-cad 表达，变得更有“活动性”，从而发生转移。
大量临床数据发现，在乳腺癌、卵巢癌和结直肠癌等多种癌症中，转移后的肿瘤细胞也表达E-cad和其他上皮细胞有关的分子。对此，一些观点认为，转移的肿瘤细胞在二次发育过程中，发生间质-上皮逆转换。为研究E-cad在肿瘤转移中究竟起何作用，美国知名的约翰霍普金斯大学的Andrew J. Ewald团队在人类癌细胞和小鼠模型中进行研究。
摘要
转移是乳腺癌患者死亡的主要原因。以往研究根据体外癌细胞转移程度与E-cad表达的反比关系，认为肿瘤细胞E-cad缺失之后，原发灶向周围组织浸润并向远端转移。然而，这与实际观察到的结果并不一致，大多数乳腺癌为乳腺导管浸润癌，其原发灶和转移灶均表达E-cad。
研究利用管腔型和基底型（三阴性）乳腺导管浸润癌的小鼠模型和人类模型，通过基因检测，分析了转移灶对E-cad的需求。
结果发现，E-cad促进多种乳腺导管浸润癌模型的转移。E-cad缺失虽然促进肿瘤细胞浸润，但也减弱肿瘤细胞增殖和生存、外周血液循环肿瘤细胞数量、远处器官癌细胞播种和转移灶向外生长。转录组测序分析发现，E-cad缺失与TGF-β、ROS、凋亡信号传导通路基因高表达相关。细胞水平分析发现，E-cad阴性转移细胞的细胞核高表达转录调节蛋白SMAD2和SMAD3，ROS和凋亡水平增加。抑制TGF-β信号转导，ROS聚集或凋亡，能恢复E-cad阴性细胞集落形成。
该研究表明，E-cad通过限制ROS引起的细胞凋亡，在转移的分离、全身转移和远端定植期间，发挥乳腺导管浸润癌生存因子的作用。靶向抑制E-cad，降低乳腺癌转移细胞的生存能力，有望成为治疗乳腺癌的新策略。
结果
这项研究的研究对象是管腔MMTV-PyMT浸润性导管癌（IDC），一种在生长、侵袭、传播和转移定植过程中均表达E-cad的肿瘤。研究人员设计条件敲除E-cad的肿瘤细胞，进行体外3D培养，结果显示E-cad缺失的肿瘤细胞侵袭和传播能力更强。
之后，研究人员在小鼠体内注射肿瘤细胞（腺病毒处理的MMTV-PyMT；Cdh1+/+或MMTV-PyMT;Cdhl1-/-），看这些细胞如何生长和转移。意外发现，在小鼠体内缺乏E-cad的肿瘤细胞几乎不会发生转移。研究人员分析了小鼠差异、免疫微环境影响以及其他的要素，为避免肿瘤细胞数量的影响，把E-cad阳性和E-cad阴性的肿瘤细胞1：1混合移植。结果是无论原发灶，还是转移灶，甚至正在血液里转移的肿瘤细胞均表达E-cad。
紧接着，研究人员在体内外检测E-cad对肿瘤生存能力的影响。体外克隆形成实验发现，缺失E-cad后，克隆形成数目，大小，以及有丝分裂能力均明显下降。体内实验中，研究人员分析了CTC数目和肿瘤细胞在肺部的急性生存期，无论是CTC数目还是急性生存期， E-cad 阴性细胞明显低于对照E-cad阳性细胞。这些结果表明E-cad的缺失对肿瘤细胞的生存有很大影响。
随后研究人员们对这一反常现象背后的机理进行分析。缺失E-cad的肿瘤细胞，虽更容易发生转移，却也更容易发生凋亡，它们成功转移的能力实际上是下降的。抑制凋亡，可以增强E-cad阴性细胞的侵袭，传播，克隆形成。
研究人员进行转录分析发现，在127个差异基因中，35个基因和细胞凋亡有关。当把这些肿瘤细胞单独分离出来培养，它们的凋亡信号通路和应激信号通路的转录水平都大大增加，凋亡速度变快。E-cad表达正常的从原发瘤中分离的肿瘤细胞，其ROS水平升高2.5倍，缺失E-cad的那些肿瘤细胞则升高了7倍之多。用抗氧化剂处理可以抵消E-cad缺失的负面影响，说明E-cad限制ROS水平。在此过程中，TGF-β发挥巨大作用。当肿瘤细胞中缺乏E-cad，TGF-β通路被激活的时候，癌细胞中的细胞凋亡基因就会上调表达，ROS水平也会增加。这样的癌细胞虽然迁移能力比较强，但是生存能力更弱。
这项研究向我们揭示了E-cad的功能复杂性。在不同的情况下，它发挥功能不同。
当肿瘤细胞没有生存压力时，降低E-cad表达，更具侵袭性；当存在生存压力，E-cad表达升高，则优先保障自己的生存需要。
这就带来一个如何治疗肿瘤的思考。《Nature》的相应评述给了一个答案：两害相权取其轻。与其在肿瘤转移后再治疗，宁可先预防一开始发生的转移。为此，我们应充分掌握E-cad的调控机制，找到肿瘤转移的“弱点”，从而控制肿瘤转移。
参考文献
[1] Veena Padmanaban et al., (2019), E-cadherin is required for metastasis in multiple models of breast cancer, Nature, DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1526-3
[2] Roger R. Gomis, (2019), Survival skills ensure that cancer spreads, Nature, DOI: 10.1038/d41586-019-02570-z
撰稿：崔建、郭文洁
编辑：刘怡彤、孙洋