Science：將正常人類上皮組織重新編程為致死性神經內分泌腫瘤細胞系

楊 林 介評

(西安交通大學第一附屬醫院泌尿外科，陜西西安 710061)

來源于不同人類器官的腫瘤在表型和分子特征上具有共同性。小細胞神經內分泌腫瘤(Small cell neuroendocrine carcinoma，SCNC)組織學特征獨特，而且可以從包括前列腺和肺等幾乎所有器官的上皮中產生。這些腫瘤從正常上皮細胞轉化為神經內分泌腫瘤的表型并獲得治療抵抗性。對來自多種腫瘤類型的轉錄組數據進行的大數據分析提供大量證據，支持腫瘤進展期間SCNC的表型趨同，但其潛在的分子機制尚不完全清楚。

為了探究是否可以通過已知的致癌因子將不同的人上皮細胞轉化為SCNC，作者[PARK JW, LEE JK, SHEU KM, et al. Reprogramming normal human epithelial tissues to a common, lethal neuroendocrine cancer lineage.Science,2018,362(6410):91-95.]使用了人體正常組織進行轉化并進行分析。小細胞前列腺癌(small cell prostatic cancer,SCPC)是一種神經內分泌前列腺癌(neuroendocrine prostatic cancer,NEPC)，高度惡性。c-Myc、N-Myc與AKT1(myrAKT1)的過表達分別驅動正常人前列腺上皮細胞轉化為低分化的前列腺腺癌或SCPC。為了確定SCPC的其他致癌基因，基于前列腺癌包括SCPC的遺傳改變，研究了顯性失活p53(TP53DN)(P)、myrAKT1(A)、RB1-短發夾RNA(shRNA)(R)、c-Myc(C)和BCL2(B)的功能效應。這5種遺傳因子簡稱為PARCB。從8名人類供體的前列腺中分離出基底上皮細胞，并用PARCB因子進行病毒轉導，在類器官系統中短暫培養后移植到免疫缺陷的NOD/SCID-IL2R-gc-KO小鼠中。通過免疫染色證實PARCB基因表達和腫瘤的人細胞起源。源自基底細胞的所有PARCB腫瘤均顯示出人類SCPC的組織學特征，包括高核-細胞質比率、頻繁的有絲分裂和凋亡以及神經內分泌分化(neuroendocrine differentitation,NED)標記的均勻表達。

接下來通過逐一排除法分析確定PARCB組合啟動SCPC所必需的基因。在沒有c-Myc或myrAKT1的情況下無腫瘤發生。在沒有BCL2的情況下，PARC組合仍然產生具有組織學特征的腫瘤和與SCPC一致的NED標記物表達，但效率降低。與BCL2相比，RB1-shRNA和TP53DN一起或單獨對于SCPC的發展不可或缺。由這些條件產生的腫瘤-PACB(不含RB1-shRNA)、ARCB(不含TP53DN)和ACB(不含TP53DN和RB1-shRNA)顯示低分化前列腺癌的組織學特征。 PACB和ARCB腫瘤僅顯示NED標志物的點狀表達。因此，在人前列腺上皮細胞轉化過程中，RB1的缺失和p53的失活，在將上皮細胞轉化為SCPC過程中的神經內分泌譜系是必需的。

RNA-seq數據顯示，PARCB細胞系的轉錄組與ACB、PACB和ARCB系的轉錄組不同。全轉錄組分析提示PARCB細胞系與SCPC患者樣品具有強烈的轉錄相似性，與臨床樣品相比，它們不表達可檢測水平的雄激素受體(androgen receptor,AR),并且表現出最低水平的AR信號傳導活性。 PARCB細胞系在體內和體外也顯示出NED標記。

通過ATAC-seq測量了全基因組染色質可及性及其與轉錄程序的關聯，與ACB、PACB或ARCB系相比，PARCB和患者來源的SCPC系顯示出明顯的染色質可及性。與ACB系相比，PARCB系中p53和RB的雙重失活誘導染色質可及性的顯著變化。然而，與ACB系相比，分別在PACB或ARCB系中單獨滅活p53或RB不會改變染色質可及性。與ACB系相比，PARCB系中過度染色的區域高度富集了與神經元分化和小細胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)相關的基因。

隨后，作者研究了PARCB系與其他器官的SCNCs的相似性。通過使用PARCB系中上調的基因對938個轉錄分析的癌細胞系進行了基因列表富集分析。該分析證明PARCB細胞系在轉錄上與SCLC細胞系和NCI-H660 SCPC細胞系最相似。為了進一步評估SCPC和SCLC的相似性，作者將來自人肺癌樣品的基因表達數據預測到前列腺癌聚類圖上。所有臨床SCLC樣本與SCPC樣本緊密聚集，提示前列腺和肺SCNCs在組織學和轉錄上都相似。

鑒于PARCB前列腺癌模型與SCPC和SCLC的相似性，接下來了解PARCB因子是否可以從人肺上皮細胞中啟動SCLC。以類似于原代人前列腺細胞轉化的方式，用PARCB慢病毒轉化原代正常人支氣管上皮(normal bronchial epithelium,NHBE)細胞。NHBE-PARCB腫瘤顯示出臨床SCLC的典型組織學特征和NED標志物表達特征。

正常的前列腺基底上皮細胞和NHBE細胞顯示出不同的轉錄組，然而，前列腺PARCB和NHBE-PARCB細胞系緊密聚集在一起，提示與PARCB因子重編程相關的共有基因表達譜，而與起源組織無關。

點評：目前應用的腫瘤治療方法幾乎不可避免地導致治療抵抗性腫瘤的產生。在各種上皮細胞癌中，越來越多地出現具有侵襲性臨床特征和神經內分泌特性的治療抵抗性腫瘤。根據細胞轉錄和表觀遺傳學證據，由不同上皮器官產生的SCNC表型具有共同的遺傳和表觀遺傳學特點。源自于不同器官的正常人上皮細胞具有其自身的分子特點，但該研究結果表明，一組確定的致癌因子可以誘導來自不同上皮細胞類型產生共同的神經內分泌癌癥譜系。這些數據可能有助于確定新的治療方法，以防止SCNCs的出現并在出現時對其進行治療。