新突破：这种胶原蛋白可以使肿瘤细胞休眠！

　　

肿瘤转移是癌症患者死亡的主要原因，也是肿瘤学家面临的重要挑战。

原发肿瘤切除后，如果辅助治疗不能完全切除剩余的肿瘤细胞，这些肿瘤细胞将通过血液循环到达远处的器官，定植并进入休眠状态。几年后，休眠的肿瘤细胞被特定条件激活。迅速增殖并形成明显转移。

肿瘤细胞一旦进入休眠状态，细胞周期停滞在G0/G1期，细胞不再增殖或凋亡，传统的放疗和化疗将失去作用，使肿瘤更难完全治愈。

因此，有学者提出它可以被激活，将休眠的肿瘤细胞扫走。问题是休眠肿瘤细胞和原发肿瘤细胞的基因表达不再相同。原治疗方案不一定会影响活化细胞。如果你轻率地激活休眠的肿瘤细胞，你可能会带来不好的结果。 

因此，另一组科学家决定做相反的事情，要么让这批处于休眠状态的肿瘤细胞永久休眠，以防止它们醒来，要么更无情地在休眠状态下直接摧毁它们，或许可以避免肿瘤复发。

要使肿瘤细胞处于休眠状态，必须了解其休眠机制。

伊坎的一个研究小组在西奈山医学院在美国最近发表的一项研究癌症,表明,细胞外基质的肿瘤微环境对肿瘤细胞有影响进入和保持休眠状态的关键作用。

 

 

研究人员首先从休眠的肿瘤细胞巢开始，探索这个肿瘤微环境有什么特别之处，可以让肿瘤细胞在这里休眠?

将休眠肿瘤细胞株和增殖肿瘤细胞株经尾静脉注射接种小鼠。与在小鼠体内迅速形成肿瘤的增殖肿瘤细胞不同，休眠肿瘤细胞在小鼠体内通常是单一的。以细胞或惰性结节的形式存在。

在多光子二次谐波成像下，研究人员观察到:

休眠肿瘤的细胞外基质主要由卷曲无序的胶原纤维组成，而增殖肿瘤的细胞外基质呈直线排列，更具方向性。

 

主导休眠型;增生性增生的类型

 

随着肿瘤的进展，胶原纤维在肿瘤细胞外基质中的排列也在发生动态变化。肿瘤进展越快，卷曲的胶原纤维越整齐。

更令人惊讶的是，当研究人员将增殖的肿瘤细胞接种到小鼠身上时，它们被手术切除，模拟临床肿瘤手术患者。手术切口边缘有少量残留肿瘤细胞。当这些残留的肿瘤细胞原位复发或远处转移，从休眠状态复发到增殖状态时，细胞周围的胶原纤维也发生了由卷曲到直的变化。

 

左:肿瘤原位复发，右:肿瘤肺转移及复发

 

这些结果表明，细胞外基质结构与肿瘤细胞休眠-复苏状态密切相关，休眠肿瘤细胞周围的胶原蛋白呈卷曲分布。休眠细胞一旦复苏并增殖，周围的胶原呈线性分布。

此外，研究人员对去细胞肿瘤团块进行了质谱分析，以研究休眠状态和增殖状态下肿瘤细胞外基质成分的差异，发现与增殖状态的肿瘤细胞相比，III型胶原在休眠肿瘤细胞外基质中的含量明显增加。

对肿瘤细胞的转录组学分析也可以发现，COL3A1在休眠肿瘤细胞中的表达增加。

 

图示:III型胶原(红色荧光)，T-HEp3增殖型头颈部鳞癌细胞株，D-HEp3休眠型头颈部鳞癌细胞株

同时，对头颈部鳞状细胞癌患者原发灶的临床活检显示，淋巴结转移患者的III型胶原水平高于未发生转移的患者。

 

N0例肿瘤患者无淋巴转移，N+肿瘤患者有淋巴转移

 

以上结果说明肿瘤微环境中III型胶原含量越高，肿瘤细胞越容易休眠。胶原含量越低，肿瘤细胞越活跃，越容易转移。

下一步，为了证明III型胶原是否是肿瘤细胞“从悬崖上猛冲”进入休眠状态的关键，研究人员将增殖的肿瘤细胞与I型胶原、III型胶原、IV型胶原和Dulbecco的磷酸盐缓冲液结合。

将该溶液(DPBS)接种到鸡绒毛膜尿囊膜上，发现:

注入型胶原的肿瘤细胞形成较小的肿瘤团块，与肿瘤细胞增殖相关的组蛋白H3的磷酸化水平下调，而休眠标记核蛋白p27的表达增加。说明型胶原蛋白抑制肿瘤细胞增殖，诱导肿瘤细胞进入休眠状态。

 

 

接下来,为了验证是否III型胶原蛋白可以抑制残余肿瘤细胞的增殖在原发肿瘤切除的网站,研究人员介绍了肿瘤切除网站与牙科海绵渗透III型胶原蛋白,和对照组与渗透DPBS海绵覆盖相应的网站,通过对两组小鼠局部肿瘤复发的追踪，发现:

植入III型胶原生物支架的小鼠只有20%的肿瘤复发，而对照组小鼠的肿瘤复发概率为80%!

 

图例:蓝色:III型胶原组橙色:DPBS组肿瘤局部复发

 

更重要的是，III型胶原蛋白不仅能抑制肿瘤增殖，诱导肿瘤细胞进入休眠状态，也是肿瘤细胞维持休眠状态的关键。

在将休眠肿瘤细胞的COL3A1基因敲除后，休眠肿瘤细胞不再休眠，在种植后迅速增殖和生长。

如果增殖型肿瘤细胞过表达COL3A1，则细胞增殖受到抑制，种植后形成的肿瘤团块变小。，再次证明了型胶原在肿瘤细胞休眠过程中是不可或缺的。

最后，为了确定III型胶原诱导和维持肿瘤细胞休眠的信号通路，通过一系列基因敲除和挽救实验，研究人员发现III型胶原与休眠的肿瘤细胞之间存在一个缝隙。积极的反馈路径:

促进休眠的III型胶原与肿瘤细胞DDR1受体结合，激活STAT1进入细胞核，促进COL3A1的表达，肿瘤细胞分泌III型胶原，肿瘤细胞维持休眠。

 

 

综上所述，本研究揭示了肿瘤微环境对肿瘤细胞休眠的影响，并证明了III型胶原在其中发挥着重要作用。

在肿瘤微环境中添加III型胶原可以促进肿瘤细胞进入并维持休眠状态。，抑制肿瘤增殖。

使肿瘤患者体内剩余肿瘤细胞保持休眠状态，可防止肿瘤复发，延长患者生存期。

使用“5-AZA+全反式维甲酸”抑制前列腺癌患者休眠肿瘤细胞恢复的临床试验已经启动(NCT03572387)。

在未来，III型胶原可能被用作预测肿瘤复发的标志，以及维持肿瘤细胞休眠和防止肿瘤复发的治疗。

(Ps: III型胶原在肿瘤微环境中只能起到促进休眠的作用。没人认为口腔型胶原蛋白可以抗癌，对吧?)

 参考文献：

[1] Di Martino, J.S., Nobre, A.R., Mondal, C. et al. A tumor-derived type III collagen-rich ECM niche regulates tumor cell dormancy. Nat Cancer (2021).

[2] Sosa MS, Bragado P, Aguirre-Ghiso JA. Mechanisms of disseminated cancer cell dormancy: an awakening field. Nat Rev Cancer. 2014;14(9):611-622.

[3] Aguirre-Ghiso, J., Bragado, P. & Sosa, M. Metastasis Awakening: Targeting dormant cancer. Nat Med 19, 276–277 (2013).

---