NCB丨康毅滨团队发现肿瘤骨转移的关键因子

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绝大部分肿瘤是上皮细胞来源的，细胞突变增殖生长成实体瘤，形成的肿瘤不仅破坏宿主原发器官的功能，还间接影响身体其它部位的功能。恶性肿瘤往往会转移至远端组织，例如乳腺癌通常转移至肺，肝脏，大脑或骨。肿瘤转移给患者造成全身性的破坏，是导致肿瘤患者死亡的最重要因素之一，因此了解调控这一过程的信号至关重要。

上皮细胞通常不会运动，但是肿瘤细胞通过上皮－间充质转化（epithelial-mesenchymal transition ，EMT）后变得更加容易迁移并逃离原发灶位。一旦到达远端器官，肿瘤细胞必须经过完全相反的过程即间充质－上皮转变（mesenchymal-epithelial transition, MET），恢复上皮细胞状态以便增殖并形成转移性集落【1,2】。

调控上皮－间充质转化的机制已较为清楚，但是驱动间充质－上皮转化的机制仍知之甚少。普遍认为肿瘤细胞表面蛋白通过与定植组织中细胞表面受体或配体相互作用诱导间充质－上皮转化【3,4】。

2019年4月15日，普林斯顿大学康毅滨团队在Nature Cell Biology上在线发表题为Bone vascular niche E-selectin induces mesenchymal–epithelial transition and Wnt activation in cancer cells to promote bone metastasis 的文章，发现了肿瘤骨转移的关键因子－E-selectin，这一发现为治疗肿瘤的骨转移开辟了道路。

E-selectin存在于全身的毛细血管内皮细胞上，帮助在炎症期间从血液中募集免疫细胞。研究人员发现E-selectin敲除小鼠（Sele−/−）不易发生乳腺癌的骨转移却不能防止肺转移，原因在于E-selectin在骨血管内皮的表达比肺、肝血管内皮更强，因此E-selectin在肿瘤的骨转移中发挥重要作用。E-selectin与细胞表面糖脂末段的的唾液酸X/A（sLeX/A）或糖蛋白O/N-型聚糖结合介导细胞粘连。Fut3, -4, -5, -6, -7 和 -9催化产生sLeX/A，其中Fut4, -7 和 -9在小鼠和人类中均表达，而Fut3, -5 和 -6只在人类表达。体外通过在MDA-MB-231和SUM159- M1a细胞内过表达Futs，发现Fut3, -5，-6和 -7可使E-selectin与肿瘤细胞的结合增加几个数量级，而Fut4和Fut9仅能增加2到5倍，而体内实验发现仅Fut3和-6的表达与E-selectin结合成正相关，并增加肿瘤的骨转移。抑制N－糖基化的产生或使用sLeX/A类似物均可阻断E-selectin与肿瘤细胞的结合，揭示这些Futs产物可能是E-selectin的配体。研究人员通过N-糖蛋白捕获质谱法鉴定人Fut酶的候选底物，发现541种蛋白的1,037种独特的N-糖苷，进一步实验筛选出肿瘤细胞表面糖基化的Glg1蛋白是E-selectin结合的重要配体之一， shRNA 或CRISPR–Cas9抑制Glg1的表达显著降低肿瘤骨转移。

有趣的是，研究人员通过免疫荧光分析发现肿瘤细胞被E-selectin识别结合后，细胞表面的上皮细胞分子标记物（EpCam和Keratin-14）表达上调，间充质相关基因（Dkk1, Ctgf 和 Cyr61）表达下调，发生了间充质－上皮转化。并且肿瘤细胞发生间充质－上皮转化后，Wnt信号通路被活化，进而促进肿瘤干细胞特性。

研究人员进一步根据Glg1和Fut3或Fut6表达的中位水平将NKI-295和EMC-MSK数据库内患者分组为四个群组。NKI-295数据库中那些高表达Glg1和Fut3或Fut6的患者更容易发生无远处转移的复发和更差的预后。EMC-MSK数据库中器官特异性转移数据表明，Glg1是骨转移的重要预后标志物，而不是脑、肝或肺的转移。

总之，本研究发现肿瘤细胞表面配体通过糖基化修饰后，识别结合骨血管内皮的E-selectin，诱导肿瘤细胞发生间充质－上皮转化， 激活Wnt信号通路，进而增强肿瘤干细胞特性并促进肿瘤的生长。虽然这种配体的特性仍然不清楚，但通过对人类乳腺癌队列分析表明，肿瘤细胞表面糖基化修饰的蛋白质表达升高与转移复发相关。此外，研究人员确定了Glg1蛋白可帮助配体成熟和表面表达，并可作为骨转移的预后标记物。这些发现揭示干扰肿瘤细胞表面的配体与骨内皮E-selectin的相互作用可能会减少肿瘤骨转移。