Adv?Sci?| 為什么腫瘤會(huì)“出芽”？患者來(lái)源TBO模型揭示口腔鱗癌侵襲前沿的新機(jī)制

病理醫(yī)生在觀察口腔鱗狀細(xì)胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）切片時(shí)，常會(huì)特別關(guān)注一種位于腫瘤侵襲前沿的微小結(jié)構(gòu)——腫瘤出芽（Tumor Budding，TB）。這些由單個(gè)或少于4個(gè)腫瘤細(xì)胞組成的小細(xì)胞團(tuán)雖然體積微小，卻與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、治療耐藥及患者預(yù)后密切相關(guān)，因此已成為國(guó)際病理學(xué)評(píng)價(jià)OSCC侵襲能力的重要指標(biāo)。

然而，一個(gè)長(zhǎng)期困擾研究者的問(wèn)題始終沒(méi)有答案：這些“出芽”的腫瘤細(xì)胞究竟是如何形成的？過(guò)去二十余年，研究者積累了大量關(guān)于TB臨床意義的證據(jù)，卻始終缺乏能夠動(dòng)態(tài)重建腫瘤出芽全過(guò)程的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｒ虼耍[瘤細(xì)胞如何與周圍基質(zhì)細(xì)胞協(xié)同完成這一侵襲事件，一直缺乏直接證據(jù)。

近日，上海市口腔醫(yī)院（復(fù)旦大學(xué)附屬口腔醫(yī)院）劉婷姣團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院季彤團(tuán)隊(duì)合作，在Advanced Science發(fā)表題為PDGFRα+/Integrin α2+ Fibroblasts Orchestrate Tumor Budding in Oral Squamous Cell Carcinoma via Mechano-Metabolic Symbiosis: E-Cadherin/Integrin α2β1 Adhesion and Mitochondrial Transfer的研究論文。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了患者來(lái)源腫瘤出芽類器官（Tumor Budding Organoid，TBO）模型，并借助這一平臺(tái)揭示了癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（Cancer-associated fibroblasts ，CAFs）通過(guò)機(jī)械力傳遞與線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)協(xié)同驅(qū)動(dòng)腫瘤出芽的新機(jī)制，為研究OSCC侵襲及精準(zhǔn)治療提供了新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

為什么腫瘤出芽研究一直停留在“靜態(tài)”？

如果把腫瘤侵襲比作一場(chǎng)持續(xù)推進(jìn)的“前線戰(zhàn)役”，那么腫瘤出芽便是這場(chǎng)戰(zhàn)役真正開(kāi)始的地方。

TB發(fā)生于腫瘤侵襲前沿，是腫瘤細(xì)胞突破原有組織結(jié)構(gòu)、獲得遷移能力的重要標(biāo)志。近年來(lái)，越來(lái)越多的臨床研究證實(shí)，TB水平越高，患者發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、局部復(fù)發(fā)及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)越高。因此，它不僅是一項(xiàng)重要的病理指標(biāo)，也成為理解OSCC侵襲生物學(xué)的重要切入點(diǎn)。然而，TB本質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)事件，而現(xiàn)有研究手段卻大多只能記錄其“終點(diǎn)”。

傳統(tǒng)病理切片能夠觀察到已經(jīng)形成的TB，卻無(wú)法回答其形成過(guò)程；二維培養(yǎng)難以重建真實(shí)的三維微環(huán)境，而常規(guī)患者來(lái)源類器官又普遍缺乏CAFs等關(guān)鍵基質(zhì)成分，因此難以模擬腫瘤侵襲前沿復(fù)雜的細(xì)胞互作。研究TB，真正缺少的不是新的標(biāo)志物，而是一個(gè)能夠真實(shí)重建其形成過(guò)程的模型。

一個(gè)新的模型，讓腫瘤出芽“動(dòng)起來(lái)”

圍繞這一瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)建立了患者來(lái)源Tumor Budding Organoid（TBO）模型。

不同于傳統(tǒng)PDO主要由腫瘤細(xì)胞組成，TBO整合了患者來(lái)源OSCC細(xì)胞與CAFs，在模擬細(xì)胞外基質(zhì)的三維環(huán)境中重建了腫瘤巢與基質(zhì)之間的空間結(jié)構(gòu)，使腫瘤出芽能夠在體外持續(xù)發(fā)生。

借助實(shí)時(shí)活細(xì)胞成像，研究人員連續(xù)記錄了腫瘤出芽形成的全過(guò)程：CAFs首先遷移至腫瘤巢邊緣，與腫瘤細(xì)胞建立穩(wěn)定接觸；隨后伴隨CAFs細(xì)胞一起向遠(yuǎn)處侵襲，形成典型的Tumor Budding結(jié)構(gòu)。更重要的是，TBO不僅能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定培養(yǎng)，還兼容單細(xì)胞RNA測(cè)序、原位測(cè)序、多重免疫熒光及藥物檢測(cè)等多種分析手段。它讓腫瘤出芽第一次從病理切片上的“靜態(tài)圖像”，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詫?shí)時(shí)觀察和功能干預(yù)的動(dòng)態(tài)生物學(xué)過(guò)程。

TBO揭示：驅(qū)動(dòng)腫瘤出芽的是“力學(xué)-代謝”協(xié)同作用

依托TBO平臺(tái)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步結(jié)合單細(xì)胞RNA測(cè)序、原位測(cè)序以及功能實(shí)驗(yàn)，對(duì)腫瘤侵襲前沿進(jìn)行了系統(tǒng)解析。

研究發(fā)現(xiàn)，一類富集于腫瘤出芽區(qū)域的PDGFRα?/Integrin α2? CAF亞群，是驅(qū)動(dòng)TB形成的重要細(xì)胞群。進(jìn)一步研究顯示，這一CAF亞群并非單純通過(guò)分泌因子調(diào)控腫瘤，而是通過(guò)兩種協(xié)同機(jī)制共同促進(jìn)腫瘤出芽。一方面，CAFs通過(guò)Integrin α2β1與腫瘤細(xì)胞表面的E-cadherin形成異型黏附，將力學(xué)信號(hào)傳遞至腫瘤細(xì)胞，激活YAP介導(dǎo)的侵襲程序。另一方面，CAFs通過(guò)隧道納米管（Tunneling nanotube , TNT）向腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)功能性線粒體，提高氧化磷酸化水平和ATP生成能力，為持續(xù)侵襲提供代謝支持。基于這一發(fā)現(xiàn)，作者提出了“Mechanical-Metabolic Symbiosis（力學(xué)-代謝協(xié)同）”概念，用于描述CAFs與腫瘤細(xì)胞之間力學(xué)信號(hào)與代謝支持相互耦聯(lián)的新型互作模式。

一個(gè)模型，或許比一個(gè)機(jī)制更重要

對(duì)于這項(xiàng)工作而言，機(jī)械-代謝共生機(jī)制無(wú)疑豐富了人們對(duì)腫瘤侵襲前沿的認(rèn)識(shí)，但從領(lǐng)域發(fā)展的角度來(lái)看，TBO模型的建立可能具有更加深遠(yuǎn)的意義。

長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于腫瘤出芽的研究主要依賴病理觀察和終點(diǎn)分析，而TBO為研究者提供了一個(gè)能夠動(dòng)態(tài)重建侵襲前沿的實(shí)驗(yàn)體系。這一平臺(tái)不僅能夠用于解析腫瘤細(xì)胞與CAFs之間的互作，還具有進(jìn)一步整合免疫細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等微環(huán)境組分的潛力，為研究更加復(fù)雜的腫瘤生態(tài)提供了可能。

未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步構(gòu)建Immuno-TBO模型，引入免疫細(xì)胞，探索OSCC侵襲前沿的免疫逃逸機(jī)制，并用于患者來(lái)源藥物篩選和免疫治療反應(yīng)預(yù)測(cè)，推動(dòng)類器官模型向精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)應(yīng)用邁進(jìn)。從這個(gè)意義上說(shuō)，這項(xiàng)工作不僅揭示了一種新的生物學(xué)機(jī)制，更提供了一個(gè)可以不斷拓展的研究平臺(tái)。

“腫瘤出芽一直是病理學(xué)上評(píng)價(jià)侵襲能力的重要指標(biāo)，但過(guò)去我們更多是在切片中觀察它，而缺少一個(gè)能夠動(dòng)態(tài)重建其形成過(guò)程的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＝BO模型的初衷，就是希望搭建一個(gè)更加接近真實(shí)腫瘤微環(huán)境的平臺(tái)。借助這一模型，我們不僅解析了CAFs促進(jìn)腫瘤出芽的機(jī)械-代謝共生機(jī)制，更希望未來(lái)進(jìn)一步構(gòu)建Immuno-TBO模型，探索免疫逃逸及免疫治療反應(yīng)差異，并推動(dòng)患者來(lái)源類器官在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。”

本文的第一作者是劉玉芳，通訊作者是劉婷姣教授和季彤教授。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.76385

制版人：十一

BioArt

Med

Plants

人才招聘

學(xué)術(shù)合作組織

（*排名不分先后）

轉(zhuǎn)載須知

【非原創(chuàng)文章】本文著作權(quán)歸文章作者所有，歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)分享，未經(jīng)作者的允許禁止轉(zhuǎn)載，作者擁有所有法定權(quán)利，違者必究。