专访李清泉：熟练常规实验+科研想象=突破口

　　

 

癌症简而言之就是一种细胞过度生长的疾病，但大多数肿瘤只有从其原发位置扩散到全身各处时，才会变得具有致命性。因此癌症转移扩散如何开始的，又是如何“扎根”的，理所当然成为了科学家们关注的焦点。

近期来自复旦大学、第二军医大学等机构的研究人员发现了促血小板生成素（Thrombopoietin，TPO）在这一过程中的关键作用，他们证实了TPO-CD110通路在肠癌肝转移中的重要作用，从而解释了临床上肝功能异常的大肠癌患者为何不易发生肝转移这一关键问题，同时也为深入探索大肠癌肝转移的分子机理提出了新观点。
  
    这一研究成果公布在Cell出版社旗下的《Cell Stem Cell》杂志（2014年影响因子为22.268）上，领导这一研究的是复旦大学基础医学院副教授、博士生导师李清泉（QingQuan Li）博士，这位生于80后的博士生导师在癌症转移研究领域取得了不少重要的成果，如首次提出并验证了“P-gp底物类化疗药物促进耐药乳腺癌侵袭转移”及 “化疗药物诱导药物敏感乳腺癌细胞上皮间质转化”等假说。

   为了深入了解这项重要的研究成果，生物通特联系了李清泉博士，就读者感兴趣的问题请教了他。

 

大肠癌的肝转移

大肠癌(Colorectal Cancer)又称结直肠癌（即包括结肠癌和直肠癌），是目前在临床上常见的一种消化道恶性肿瘤。大肠癌发病率近年来在欧洲国家跃居1-2位，而在我们国内发病率也是逐年上升，尤其在北京、上海等城市，已排名在消化道肿瘤的第1位了，对于这种疾病，肝转移是主要死亡原因之一。

 

肝脏是大肠癌转移最常见的器官，约25%的大肠癌患者同时存在肝转移，另有30%-40%的大肠癌患者出现晚期肝转移。在晚期大肠癌病例中，近45%的患者死于原发病，83%的大肠癌复发病人出现肝转移。这种转移状态其实还是挺特殊的，因为这可以发生在大肠癌的早期阶段，而且可能仅局限于肝脏，不伴有其他地方转移，目前针对于此的治疗方法主要就是切除肝脏的转移。

转移肿瘤干细胞和肿瘤起始细胞是什么？

2005年德国的科学家Brabletz T提出了转移肿瘤干细胞(migrating cancer stem cell，MCSCs)的概念，也称为迁移肿瘤干细胞。肿瘤转移是一个极其复杂的多阶段、多步骤的生理过程，转移肿瘤干细胞在这一过程中扮演着一个重要的角色，而它与其所处微环境的相互作用可能贯穿着肿瘤转移过程的始末。

 

李清泉博士解释道，“恶性肿瘤具有易复发、易进展、易转移等特点，深入开展对肿瘤恶性表型演进的分子机制研究，是当前恶性肿瘤基础研究的核心问题。现有大量研究证据表明，肿瘤是由不同分化等级的肿瘤细胞组成，肿瘤干细胞处于肿瘤细胞分化的顶端，是肿瘤增殖和浸润转移的根源。”

 

“肿瘤干细胞这一概念自提出起即存在着争议，质疑的焦点在于用于识别和分选的肿瘤干细胞标记物迄今尚未得到广泛的认可。我们在研究过程中也逐渐认识到了这一点。恶性肿瘤是具有高度异质性的群体，这不仅体现在分子表型的复杂性，还具有功能表型的多样性。因此我们工作的重点并非肿瘤干细胞本身，而是具有肝转移特性的肿瘤功能性亚群。通过体内连续筛选和高通量分析，我们证实大肠癌CD110+细胞是同时具有成瘤性和肝转移特性的亚群。为了避免概念上的混淆，我们采用了肿瘤起始细胞（Tumor Initiating Cells），而非肿瘤干细胞（Cancer Stem Cells）。”

 

那么肿瘤起始细胞又是什么呢？

 

肿瘤起始细胞理论认为只有一部分细胞具有引起肿瘤发生、维持肿瘤生长、保持肿瘤异质性的能力，这样的细胞叫肿瘤起始细胞。这部分细胞具有干细胞特性，即：自我更新能力、分化能力、耐药能力和能形成与原肿瘤组织结构相似的肿瘤。

 

近年来，有研究提出癌症的播种和远端转移灶的生长依赖于肿瘤起始细胞(TICs)，尤其是具有间质表型特征的TIC亚群——迁移TICs。特殊的转移微环境对于迁移TICs生长出癌转移性结节起至关重要的作用，但目前对于支持肝转移的微环境组件仍知之甚少。

TPO的关键作用

在之前的研究中，李博士研究组发现驱动大肠癌肝转移的迁移TICs表达TPO反应性同型二聚受体CD110。TPO/CD110信号轴下游的正负信号维持平衡是实现造血干细胞的自我更新的必要条件。考虑到TICs和干细胞具有许多共同的特征，且肝脏是生成TPO的主要器官，他们推测TPO是大肠癌肝转移一个至关重要的微环境组件。

 

“确定分子遗传学标记物是筛选肿瘤干细胞的主要手段。目前已鉴定出部分肿瘤干细胞的特征性分选标志包括CD133，CD44， CD166，Lgr5，EpCAM和ALDH1等，不同标记物亚群间存在着重叠，提示肿瘤干细胞的表型异质性。我们不由猜测，肿瘤干细胞是否还具有显著的功能异质性？嗜器官性转移是肿瘤最为突出的恶性表型之一，”李博士说。

 

为了证实这一点，李博士等人利用多种技术手段进行了验证，“我们通过动物连续筛选方法从原代大肠癌细胞中富集了负责大肠癌肝转移和肺转移的肿瘤干细胞亚群，并用高通量方法鉴定出CD110和CDCP1是各自亚群的分子标记物，”李博士说。

 

“促血小板生成素（Thrombopoietin，TPO），又名巨核细胞生长因子，是由332个氨基酸组成的糖蛋白。TPO是CD110的特异性配体。我们的研究表明，CD110+TICs在TPO作用下发生了代谢重编程（metabolic reprogramming），即开启赖氨酸代谢合并抑制脂肪合成代谢。赖氨酸代谢在肠癌肝转移过程中起到了决定性作用。一方面，赖氨酸代谢途径终产物乙酰辅酶A通过乙酰化LRP6蛋白从而激活Wnt通路，使CD110+TICs获得更强的自我更新能力；另一方面，赖氨酸代谢中间产物谷氨酰胺促进了谷胱甘肽的合成，增强了CD110+TICs在肝转移过程中抵御氧化应激的能力。因此，代谢重编程并非肿瘤恶性演进过程中的伴随事件，而是导致恶性转化所必须的中心环节。此外，TPO的主要产生部位是肝脏。肝脏细胞在病理状态下合成TPO能力亦明显下降。临床上肝功能异常的大肠癌患者不易发生肝转移，我们的发现亦很好解释了这一现象。”

TPO的临床作用

既然TPO是大肠癌转移至肝脏极其重要的一个生理微环境组件，那么TPO是否可以作为癌症治疗的一个靶标呢？

 

对于这个问题，李博士表示，“促血小板生成素（Thrombopoietin，TPO）是一种造血生长因子,能特异地刺激巨核细胞增殖、分化、成熟和血小板的产生,对维持机体的正常凝血功能有着重要意义。虽然本课题的研究证实了TPO-CD110通路在肠癌肝转移中的重要作用，但简单的将TPO作为癌症治疗的靶标分子还有待商榷。我们下一步将深入分析TPO分子的结构功能域，阐明它分别发挥凝血作用和肠癌肝转移的肽段区域，为今后潜在的临床应用奠定理论基础和客观依据。”

熟练常规实验+科研想象=突破口

癌症侵袭转移及癌症干细胞均是现下生命科学领域最热门的研究方向，受关注的程度也高，因此也是不少研究生和博士首选的课题方向，但要想在这一竞争激烈的领域中领先一步并不容易，李博士认为有三点十分重要：

 

“想在各自领域的基础研究取得一定的突破，在我看来认为需要以下几个条件：1.广泛阅读该领域内的文献，不仅了解相关的知识，更需要揣摩研究的逻辑与思路，培养高屋建瓴的视野和深入敏锐的洞察；2.熟练掌握常规实验操作，使每一次的实验结果都踏实可信，培养分析数据和解读现象的能力；3.在尊重客观数据和基本规律的基础上，充分发挥科研想象的潜能，有时不经意的联系即是突破的切入点。”

 

 

作者简介：

李清泉，副教授，博导，复旦大学基础医学院博士。

主要研究领域：肿瘤多药耐药与侵袭转移相关性、肿瘤干细胞分子生物学。

代表性成果：首次提出并验证了“P-gp底物类化疗药物促进耐药乳腺癌侵袭转移”及 “化疗药物诱导药物敏感乳腺癌细胞上皮间质转化”等假说。在乳腺癌中，提出了间质型乳腺癌细胞通过旁分泌方式调控乳腺癌干细胞自我更新能力的模型；在大肠癌中，通过构建自发性肝转移和自发性肺转移模型，筛选出负责大肠癌不同靶器官转移的肿瘤干细胞亚群的分子标记物，并阐明了参与其中的相关分子机制。

2009年至今发表SCI论文8篇，包括Gastroenterology，Oncogene，J Pathology，Cell Death&Differentiation等杂志。获国家青年科学基金，国家自然科学基金面上项目，复旦大学卓学计划，上海医学院研究学者、上医之星等各1项，共计科研经费130余万元。先后获2010年上海市优秀博士学位论文，2013年上海市自然科学三等奖。

 

 

原文摘要：

TPO-Induced Metabolic Reprogramming Drives Liver Metastasis of Colorectal Cancer CD110+ Tumor-Initiating Cells

Liver metastasis is a leading cause of death in patients with colorectal cancer. We previously found that colorectal cancer tumor-initiating cells (TICs) expressing CD110, the thrombopoietin (TPO)-binding receptor, mediate liver metastasis. Here, we show that TPO promotes metastasis of CD110+ TICs to the liver by activating lysine degradation. Lysine catabolism generates acetyl-CoA, which is used in p300-dependent LRP6 acetylation. This triggers tyrosine phosphorylation of LRP6, ultimately activating Wnt signaling to promote self-renewal of CD110+ TICs. Lysine catabolism also generates glutamate, which modulates the redox status of CD110+ TICs to promote liver colonization and drug resistance. Mechanistically, TPO-mediated induction of c-myc orchestrates recruitment of chromatin modifiers to regulate metabolic gene expression. Our findings, therefore, establish TPO as a component of the physiological environment critical for metastasis of colorectal cancer to the liver.