? 2024年2月6日，中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所黃粵教授團隊在Nature Communications《自然-通訊》期刊在線發(fā)表了題為Aneuploid embryonic stem cells drive teratoma metastasis（異倍體小鼠胚胎干細胞驅(qū)動畸胎瘤轉(zhuǎn)移）的研究論文，揭示異倍體本身就可以驅(qū)動腫瘤細胞轉(zhuǎn)移，不需要額外獲得新的腫瘤相關(guān)基因突變。 ? 異倍體（Aneuploidy），指細胞內(nèi)染色體數(shù)目的非整倍性變異，是一種染色體組不平衡的狀態(tài)。異倍體與人類許多重大疾病有關(guān)，它是自然流產(chǎn)和精神發(fā)育遲滯的主要原因，也是腫瘤細胞的重要特征之一。據(jù)統(tǒng)計，臨床上超過90%的實體腫瘤和超過70%的血液系統(tǒng)惡性腫瘤中存在異倍體細胞。而且腫瘤組織中異倍體程度越高，病人預后越差。近年來，基于已有異倍體模型的研究結(jié)果均表明異倍體會抑制細胞增殖，與臨床上腫瘤細胞的快速生長特征是相悖的，即“異倍體悖論” (Aneuploidy Paradox)。本研究團隊一直關(guān)注異倍體與腫瘤的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系，前期利用創(chuàng)新的分子遺傳學方法，建立了與野生型小鼠胚胎干細胞（Embryonic stem cells, ESC）具有相同遺傳背景的多株異倍體ESC株系[三體，trisomy(Ts)]，合理解釋了“異倍體悖論”，相關(guān)研究工作已于2016年11月發(fā)表在EMBO Journal（封面論文）。本研究進一步系統(tǒng)解析了異倍體在腫瘤形成及轉(zhuǎn)移過程中的驅(qū)動作用和共性作用機制。 ? 二倍體小鼠ESC接種在免疫缺陷小鼠皮下，可以不定向分化形成包含三胚層各種組織細胞類型的畸胎瘤，這是檢驗ESC多能性的“金標準”之一被本領域研究者廣泛使用，且之前從未見報道皮下的畸胎瘤會發(fā)生遠端器官轉(zhuǎn)移。為系統(tǒng)性探究不同染色體異倍體在腫瘤轉(zhuǎn)移過程中可能存在的普遍作用，研究組構(gòu)建了攜帶EGFP-Luciferase雙重標記的野生型和異倍體ESC株系。皮下接種形成畸胎瘤，經(jīng)動物活體熒光成像觀察發(fā)現(xiàn)所有的異倍體組（Ts6, Ts8, Ts11, Ts15, Ts6+8, Ts8+15）均觀察到遠端多器官轉(zhuǎn)移信號（圖1），而且還從部分小鼠的外周血中成功分離出異倍體循環(huán)畸胎瘤細胞（Circulating Teratoma Cell, CTC）。對匹配的原位畸胎瘤和轉(zhuǎn)移瘤進行全基因組測序分析發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移瘤與原位瘤具有相似的染色體拷貝數(shù)變異（Copy number variation, CNV）模式；深度全外顯子測序未識別到轉(zhuǎn)移過程中獲得了新的腫瘤相關(guān)基因的突變。將異倍體ESC株系和由轉(zhuǎn)移瘤建立的細胞株通過遺傳學策略回復到二倍體狀態(tài)，上述轉(zhuǎn)移的表型就不再出現(xiàn)，這表明異倍體確實是驅(qū)動畸胎瘤轉(zhuǎn)移的重要因素。圖1. 異倍體促進畸胎瘤多器官遠端轉(zhuǎn)移
對ESC、原位瘤和轉(zhuǎn)移瘤進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序分析，發(fā)現(xiàn)異倍體原位瘤中滯留了一定比例的具有干細胞特征的細胞群體，在轉(zhuǎn)移瘤中這群細胞富集程度更加顯著；擬時序分析發(fā)現(xiàn)分化早期階段蛋白酶體相關(guān)基因的表達水平在異倍體中被顯著下調(diào)，體外分化的擬胚體（Embryoid body, EB）中證明了異倍體EB早期（分化第2天）蛋白酶體活性不能被有效調(diào)動。因此，分化早期階段異倍體細胞由于額外染色體翻譯形成的冗余蛋白不能被及時降解，導致錯誤折疊和未折疊蛋白堆積，進而誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激（ER stress）。實驗顯示蛋白酶體激活劑橄欖苦苷（Oleuropein）和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激抑制劑4-苯基丁酸（4-PBA）都可以有效地抑制異倍體畸胎瘤的轉(zhuǎn)移。在轉(zhuǎn)移瘤細胞系中通過CRISPRi技術(shù)降低未折疊蛋白反應（Unfolded protein response, UPR）三條通路關(guān)鍵基因的表達水平，也可以有效地抑制瘤細胞轉(zhuǎn)移。由此闡明了異倍體促進腫瘤轉(zhuǎn)移的潛在分子機制，為通過靶向異倍體細胞的腫瘤臨床治療新策略提供了重要科學依據(jù)。
? 本研究得到中國醫(yī)學科學院醫(yī)學與健康科技創(chuàng)新工程（2021-I2M-1-019）等項目的資助。中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所黃粵教授和北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心白凡教授為論文共同通訊作者；基礎醫(yī)學研究所肖蓉博士后和張美麗副研究員、北京大學博士研究生許德澍和陳章華博士為論文的共同第一作者。
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https://doi.org/10.1038/s41467-024-45265-4