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結(jié)直腸癌中干細(xì)胞群混合的動態(tài)和適應(yīng)性作用
Dynamic and adaptive cancer stem cell population admixture in colorectal neoplasia
研究內(nèi)容: 以CBC(隱窩基地柱狀細(xì)胞Lgr5+ve) 和 RSC(再生干細(xì)胞Lgr5-ve)為主的干細(xì)胞在腸道里共存并發(fā)揮重要作用,文章深入研究利用RNA原位雜交(ISH)、多重?zé)晒饷庖呓M化(mIHC)和scRNA-seq技術(shù),通過分子及形態(tài)學(xué)特征來鑒定腸道組織中的成體干細(xì)胞群。提出干細(xì)胞指數(shù)概念,發(fā)現(xiàn)Lgr5+ve和Lgr5-ve這兩種干細(xì)胞可以在組織微環(huán)境中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)因子的調(diào)控下進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換與結(jié)腸癌病理進(jìn)程相關(guān)。
影響因子IF:23.9
實驗樣本數(shù)量:多例人鼠結(jié)腸炎及腫瘤+類器官
實驗方法:轉(zhuǎn)錄組測序+RNA原位雜交+mIHC
Panel 1: CD4+MPO+FOXP3+CD68+CD8+E-CAD
Panel 2: CD4+CD8+CD68+LY6G+FOXP3
Panel 3: CD34+PDPN+CD146+SMA+POSTIN+E-CAD
Panel 4: CD34+CD146+POSTIN+SMA+Grem1
Panel 5: Laminin+MMP3+Fibronectin+Osteopontin+Col1+Tenascin-C
作者通過對多組人和小鼠結(jié)腸癌樣本的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)了能表征結(jié)腸癌組織中CBC-RSC動態(tài)變化的參數(shù)——干細(xì)胞指數(shù)(Stem cell index)。簡單來說,作者所用的方法是:利用基因集變異分析(GSVA)在樣本scRNA-seq數(shù)據(jù)中計算單個樣本中RSC和CBC兩種細(xì)胞的富集評分,再從RSC分值中扣除CBC分值就算出了用于分析腸道干細(xì)胞相對豐度的“干細(xì)胞指數(shù)”。
隨后作者利用干細(xì)胞指數(shù)(配合病理檢測)對比分析了腸道息肉和結(jié)腸癌組織(包括單基因病變樣本),結(jié)果表明,兩種腫瘤干細(xì)胞在不同病理分型的樣本中有不同的富集傾向:CBC傾向在經(jīng)典通路發(fā)生突變的患者中富集(如管狀腺瘤、CMS2 和 CRIS-C、D、E 亞型);RSC則傾向于在諸如鋸齒狀前體病變和腫瘤分子亞型為CMS4和CRIS-B病理的樣本中富集。此外,作者還發(fā)現(xiàn)了適用于小鼠樣本的干細(xì)胞指數(shù)分析方法,并實現(xiàn)了對Apc突變樣本(CBC富集)和部分其他基因突變樣本(Kras、Braf或Tgfβ突變,RSC富集)的分型檢測。隨后,作者還證實了結(jié)腸癌組織中腫瘤干細(xì)胞富集傾向和基因突變之間的相關(guān)性。
為了進(jìn)一步明確結(jié)腸癌微環(huán)境對CBC-RSC動態(tài)富集是否存在調(diào)節(jié)作用,作者用多重?zé)晒饷庖呓M化檢測并量化分析了幾種不同基因型小鼠結(jié)腸癌樣本中的免疫細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞間質(zhì)成分。并通過在類器官模型中對IFN-γ和TGFβ進(jìn)行了補(bǔ)充實驗來模擬免疫信號和基質(zhì)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)所產(chǎn)生的影響。
結(jié)果顯示,IFN-γ和TGFβ刺激均可引起WT小鼠和KPN小鼠腫瘤類器官干細(xì)胞指數(shù)轉(zhuǎn)向RSC富集,而AKPT類器官(Tgfβr1受體失活)單對IFN-γ刺激有反應(yīng)。這些結(jié)果表明,微環(huán)境中的免疫和基質(zhì)來源的信號均能調(diào)節(jié)腫瘤干細(xì)胞的動態(tài)平衡。隨后,作者在小鼠模型中模擬CBC-RSC平衡打破(白喉毒素清除CBC),但在CBC清除5天后的檢測結(jié)果中,CBC-RSC平衡又恢復(fù)到給藥前水平,提示腫瘤微環(huán)境中存在腫瘤干細(xì)胞平衡狀態(tài)的快速恢復(fù)和維持機(jī)制。
為了對結(jié)直腸癌病人的分子表型變化進(jìn)行可對比評估,作者利用FOxTROT療法(氟嘧啶、奧沙利鉑和靶向受體結(jié)腸癌術(shù)前治療)試驗數(shù)據(jù)集對比化療前后患者干細(xì)胞指數(shù)變化。結(jié)果表明,可以根據(jù)干細(xì)胞指數(shù)變化將患者分為“靜態(tài)”組患者和“可塑”組患者,通過這樣的分組可更準(zhǔn)確地解釋FOxTROT數(shù)據(jù)中原本同一類型的患者對化療的不同響應(yīng)結(jié)果。
綜上,作者開發(fā)了一種可用于檢測結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞混合的簡單且適用的分子工具,應(yīng)用該工具作者提出了一種改進(jìn)的結(jié)直腸癌干細(xì)胞表型適應(yīng)度景觀模型,其中CBC 和 RSC 位于表型軸上的不同但相互關(guān)聯(lián)且平衡的干細(xì)胞群峰。個體腫瘤沿 CBC-RSC 表型軸平衡了干細(xì)胞群分布。CBC-RSC 的混合程度與上皮突變和微環(huán)境信號破壞有關(guān),并且可以跨疾病分子亞型進(jìn)行映射。CBC-RSC 平衡具有適應(yīng)性,對急性選擇壓力有動態(tài)反應(yīng),且適應(yīng)性與化學(xué)抗性有關(guān)。因此,該模型可應(yīng)用于生物引導(dǎo)的新輔助療法,以告知我們當(dāng)前醫(yī)療策略的調(diào)度。同時,該研究也提示為了消除結(jié)直腸癌治療耐藥性的演變,科學(xué)家們需要同時開發(fā)既能直接靶向干細(xì)胞群,又可阻斷適應(yīng)性信號誘導(dǎo)的干細(xì)胞可塑性的新策略。