撰文：風不止步

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大多數(shù)結(jié)直腸癌是通過WNT通路的永久激活而啟動，通常是發(fā)生在干細胞內(nèi)的腫瘤抑制基因APC的突變。駐留在底部的相對少量的腸干細胞之間持續(xù)進行的中性替換事件在受影響后被扭曲。因此，APC突變的ISCs及其后代有更大的可能性啟動腫瘤的形成。Apc的突變可誘導腸內(nèi)細胞增殖增加，防止細胞死亡并阻斷分化。通過結(jié)合體外類器官培養(yǎng)和體內(nèi)克隆動力學的詳細分析來進行更詳細地研究apc突變克隆如何發(fā)揮其與野生型ISCs (WT)相比的競爭優(yōu)勢。

2021年6月2日，英國癌癥研究所的 Louis Vermeulen等人在《Nature》上發(fā)表了一篇“Apc-mutant cells act as supercompetitors in intestinal tumour initiation ”的文章。Apc基因（大部分結(jié)腸癌是由Apc基因突變所驅(qū)動）失活后，會影響到干細胞的活性。Apc突變能驅(qū)動周圍健康細胞的分化，讓突變的癌細胞產(chǎn)生競爭優(yōu)勢。

首先建立WT和Apc?/?類器官的共培養(yǎng)體系，并將其轉(zhuǎn)導為具有不同熒光標記的類器官。WT/WT共培養(yǎng)物的相對表面貢獻隨著時間的推移保持不變(圖1a, b)，而Apc?/?類器官迅速占據(jù)與WT類器官共培養(yǎng)物的主導地位(圖1c, d)，這與之前在體內(nèi)的觀察結(jié)果相似。當與Apc?/?細胞共培養(yǎng)時，WT類器官的膨脹率降低，表明Apc突變細胞積極抑制了WT類器官的生長，這是由表面膨脹和細胞數(shù)量決定的(圖1e，f)。這種生長抑制效應是由來自Apc - / -類器官的條件培養(yǎng)基(CM)的分泌因子介導的，并輔以新鮮生長因子，產(chǎn)生了類似的效果(圖1g, h)。這表明，腸道Apc - / -細胞扮演著超級競爭對手的角色，主動地抑制鄰近細胞的生長。

為進一步了解Apc突變細胞對WT對應細胞的抑制性影響，對WT或Apc?/?CM處理過的WT類器官進行了轉(zhuǎn)錄組分析(圖2)。Apc?/?CM孵育的WT類器官顯示出干性下降和分化增加的特征，這可以通過WNT和ISC的表達減少來證明。數(shù)據(jù)表明apc突變小鼠和人類細胞分泌因子，通過促進分化和減少干細胞數(shù)量，積極抑制WT類器官的生長和克隆性。GSK3β抑制劑氯化鋰(LiCl)和CHIR99021(CHIR)激活WNT通路的下游完全消除了這種效應，表明該通路的抑制發(fā)生在上游配體-受體水平。

Apc失活后，WNT拮抗劑在類器官培養(yǎng)中以及在CM中產(chǎn)生后會迅速上調(diào)。與此一致的是，在小鼠腺瘤組織體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了相同拮抗劑的上調(diào)(圖3c)。重要的是，一系列相似的WNT拮抗劑也被發(fā)現(xiàn)在人類apc突變的類器官中表達上調(diào)(圖3d)。特別是，NOTUM在人來源的apc突變類器官和腺瘤中也高度上調(diào)(圖3e, f)。研究結(jié)果表明，持續(xù)的WNT通路信號導致一個強有力的負反饋回路的激活，包括WNT拮抗劑的上調(diào)，在生理環(huán)境中可能調(diào)節(jié)WNT水平。值得注意的是，Apc- / -細胞在受體水平上對WNT調(diào)制不敏感，而Apc-細胞則不然，從而導致干細胞特征的丟失。

氯化鋰治療顯著降低的克隆速率，與非治療組小鼠相比固定(圖4 )，克隆固定的概率顯著降低。評估是否觀察氯化鋰對突變ISC動力學的影響特定Apc-mutant克隆,并根據(jù)KrasG12D-mutant細胞的精確描述的競爭優(yōu)勢，分析了KrasG12D-mutant克隆體外和體內(nèi)存在與否的氯化鋰。我們發(fā)現(xiàn)LiCl處理后KrasG12D的克隆動態(tài)沒有受到影響，表明apc突變克隆競爭優(yōu)勢的降低確實與拮抗apc突變克隆的特異性效應有關(guān)。最后，評估Apc - / -克隆固定率的降低是否也導致腺瘤形成的減少。用LiCl預處理小鼠，誘導低水平的Apc失活，誘導60天后，殺死小鼠并評估腺瘤的數(shù)量(圖4l-n)。結(jié)果顯示，腸道所有節(jié)段的腺瘤形成明顯減少(圖4o)，證實了WT細胞對apc突變克隆的超級競爭效應不敏感的能力，以防止腸道腫瘤的形成。apc突變的細胞表現(xiàn)出了超級競爭對手的特性，因為它們積極地推動WT ISCs清除。

鋰具有預防癌癥的作用，特別是在消化系統(tǒng)癌癥中。最近有研究表明細胞分泌 NOTUM 會降低老化腸道中的干細胞功能，并且已經(jīng)證明 NOTUM 的藥理抑制可以使腸道恢復活力。在 APC 突變的人類細胞中，檢測到了一組更大的部分冗余 WNT 拮抗劑的表達，包括 NOTUM、DKK1、SFRP5 和 WIF1（圖 3h）。這一發(fā)現(xiàn)支持配體-受體水平下游的藥理學 WNT 激活，例如使用 LiCl。

當健康的干細胞與Apc基因發(fā)生突變的干細胞一起培養(yǎng)，或者僅僅接觸到后者使用過的培養(yǎng)液，都會明顯降低類器官結(jié)構(gòu)的形成速度，這也表明Apc基因突變能影響到健康干細胞的活力。Notum基因編碼了一種可分泌的蛋白NOTUM，能抑制對維持干細胞狀態(tài)至關(guān)重要的WNT信號通路。NOTUM蛋白看似只會影響到健康細胞，而不會影響基因發(fā)生突變的細胞。這是因為Apc基因突變位于整條通路的更下游，所以NOTUM對這些突變細胞產(chǎn)生不了實質(zhì)影響。如果能重新激活WNT信號通路，或是抑制NOTUM的功能，就能讓突變的干細胞與健康的干細胞重新回到同一起跑線，進行公平對決。在Apc基因突變的小鼠模型中，這種做法能減慢癌癥發(fā)生的速度，也表明我們未來有望針對這一特性開發(fā)全新的抗癌療法。

教授介紹

Louis Vermeulen，醫(yī)學博士

荷蘭阿姆斯特丹醫(yī)療中心首席研究員

2017 NYSCF – 羅伯遜干細胞研究者

學術(shù)醫(yī)學中心，阿姆斯特丹，荷蘭

Vermeulen 博士是荷蘭阿姆斯特丹學術(shù)醫(yī)學中心實驗分子醫(yī)學中心的首席研究員，主要研究干細胞在結(jié)直腸癌發(fā)展和進展中的作用。目標是通過研究基因突變對腸道干細胞行為的影響，為這種疾病開發(fā)改進的預防策略和新穎、更有效的療法。在阿姆斯特丹大學阿姆斯特丹學術(shù)醫(yī)學中心獲得醫(yī)學博士和博士學位，并在英國劍橋大學完成了博士后研究。

研究領(lǐng)域：癌癥與血液

參考文獻

1、Sanne M. van Neerven, Nina E. de Groot et al. Apc-mutant cells actas supercompetitors in intestinal tumour initiation.(2021)