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兩篇Nature:癌癥在原發腫瘤形成前即可擴散和轉移

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摘要:月日由美國西奈山伊坎醫學院和德國大學在在線發表的兩篇論文揭示即使在原發性腫瘤形成之前具有某些分子改變的乳腺癌細胞即可擴散到其他器官先長時間保持沉默然后被喚醒形成侵略性的致命的乳腺癌轉移研究人員說他們發表在中的發現是在動物模型中開展實驗并在人體樣本中進行測試而獲得的這些發現解決了在這種新的腫瘤早期傳播和轉移模型中不產生原發性腫瘤

兩篇Nature:癌癥在原發腫瘤形成前即可擴散和轉移


12月15日由美國西奈山伊坎醫學院和德國Regensburg大學在Nature在線發表的兩篇論文揭示:即使在原發性腫瘤形成之前,具有某些分子改變的乳腺癌細胞即可擴散到其他器官,先長時間保持沉默,然后被喚醒形成侵略性的、致命的乳腺癌轉移。


研究人員說,他們發表在Nature中的發現是在動物模型中開展實驗,并在人體樣本中進行測試而獲得的。這些發現解決了在這種新的腫瘤早期傳播和轉移模型中,不產生原發性腫瘤時,轉移性乳腺癌如何形成的秘密。甚至,研究人員說臨床上原發性腫瘤有可能從不會形成。兩個團隊現在都已經確定了允許細胞在癌癥進展中早期傳播并促進轉移的機制。


1
西奈山團隊發現乳腺癌無原發腫瘤即可轉移


在西奈山的研究中,乳腺癌細胞的兩個變化(一個開啟的癌基因和一個關閉的腫瘤抑制基因)促使細胞從乳腺組織遷移到肺部和身體的其他部位。在那里,細胞保持靜止,直到生長開關被激活并且在肺里出現轉移瘤。


研究的通訊作者,西奈山的Julio A. Aguirre-Ghiso博士說:“這項研究提供了洞察早期癌癥傳播的機制,并可能闡明了一些不明現象的原因:為什么全世界多達5%的癌癥患者在沒有原發性腫瘤的情況下卻有癌細胞擴散?最重要的是,為什么這種早期擴散的癌癥如此難以治療。在生物學上,這種早期轉移的新模式挑戰了我們所知道的癌癥如何擴散和形成轉移瘤的一切,我們將不得不調整我們關于腫瘤轉移話題的想法,我們希望這些發現將重塑我們思考如何治療腫瘤轉移的方式。”


西奈山研究團隊的一個重要發現是:大多數早期擴散的細胞保持著休眠狀態,而大多數化療和靶向治療針對的是那些增殖性細胞。因此,早期擴散的癌細胞會逃避這些常規治療,即使它們已經殺死了原發性腫瘤。這項工作還提出了新的問題:早期擴散的癌細胞是如何促進腫瘤轉移發展的?光是它們自己做到這點的嗎?它們為后來到達的早期沒被捉住的腫瘤細胞鋪設了土壤還是與后來到達的癌細胞合作實現的?這項研究表明:完全理解如何靶向轉移的癌細胞,必須探索早期擴散的新生物學機制。


2
德國Regensburg大學同期發表HER2+乳腺癌早期擴散文章


由德國Regensburg大學的Christoph Klein博士領導的和Aguirre-Ghiso博士共同撰寫的論文也在同期的Nature雜志上發表了。


Regensburg大學團隊發現,癌細胞不僅可以從高度突變、明顯進化和病理定義的侵襲性腫瘤擴散,而且可以從通常被認為不能擴散的早期癌癥細胞擴散。團隊成員提供了關于早期擴散是如何受到控制的其它關鍵機制的線索,并且在這項研究中證明了人類的腫瘤細胞和腫瘤的臨床前研究結果。兩個團隊的研究人員獨立完成了他們的研究,然后合作完成了該項目。


兩組的研究人員都研究了乳腺癌的早期階段,包括DCIS(乳腺導管原位癌),DCIS是一種非浸潤性乳腺病灶,已經接受DCIS治療的女性中有2-3%死于轉移而未產生原發性腫瘤。第二篇論文的一個關鍵發現是,在小鼠模型中,80%的轉移起源于早期擴散的癌細胞,而不是來自大型的腫瘤。事實上,Klein的研究小組鑒定出一種機制:在早期病變中癌轉移比在大型腫瘤中更高效。


在這兩項研究中,研究者發現早期癌細胞擴散是在雌性體內中產生乳管分支樹的正常過程的延伸。兩個主要途徑(腫瘤抑制基因p38和癌基因HER2)在這個古老的過程中被激活。關閉p38并打開HER2可激活EMT(上皮至間質轉化)信號通路的一個節點。 EMT在胚胎發生和組織發育期間促進細胞的運動。 Klein的論文還表明,控制乳腺樹分支的孕激素受體信號傳導對于通過調節參與EMT和生長程序信號在早期擴散中是非常重要的。


隨著乳腺樹狀結構的發育,p38,HER2和EMT交替地打開和關閉,并與孕激素信號合作,允許乳腺細胞移動通過乳腺,并讓流向乳頭的乳管分支網絡中空化。Aguirre-Ghiso博士說調整這些通路是形成空心支管的正常方式。


但在他們的實驗中,他們發現如果HER2被過度激活或突變,并且p38被永久地關閉,EMT被不斷地激活,允許細胞通過血液從乳腺移出并進入動物體內。


他說:“我們能夠利用三維培養方式構建的類器官,并且在活的動物模型中直接使用高分辨率成像,以實際觀察這些細胞進入乳管樹狀結構的血流并遷移到肺、骨髓和其它地方。我們以前沒有想過癌基因和腫瘤抑制因子,這是這些途徑的新功能。


3
乳腺癌早期傳播與其它侵襲性腫瘤類似


執行高分辨率活體成像的Gruss Lipper生物光子學中心的主任John S. Condeelis博士指出,“我們驚奇地發現,來自DCIS樣病變的癌細胞的擴散機制與在侵襲性腫瘤發現的機制類似,卻可以表現出如此強大的擴散能力。這是一個新的見解,超出我們的期望。”


雖然這兩個研究集中在乳腺癌早期傳播的機制,但類似的過程也可以控制其他的人類癌癥,包括黑色素瘤和胰腺癌的早期擴散和轉移。Aguirre-Ghiso博士說事實上,胰腺癌早期擴散也與EMT過程相關。


在他們研究的關鍵途徑中,西奈山研究人員正在尋找促進休眠癌細胞早期擴散以形成轉移的生長開關。 Aguirre-Ghiso博士說:“雖然我們的研究結果為癌癥的理解增加了一個全新的復雜程度,但同時,這些結果也為我們去阻止癌癥的轉移增加了力量,以最終解決癌癥的大問題。”


參考資料


Researchers reveal how cancer can spread even before a tumor develops


Early dissemination seeds metastasis in breast cancer


Mechanism of early dissemination and metastasis in Her2+ mammary cancer


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兩篇Nature:癌癥在原發腫瘤形成前即可擴散和轉移
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