摘要：

科學(xué)家表明，一種名為GREM1的蛋白質(zhì)是調(diào)節(jié)胰腺癌細(xì)胞類型的關(guān)鍵因子，操縱此關(guān)鍵蛋白可能逆轉(zhuǎn)胰腺癌細(xì)胞在全身生長(zhǎng)和擴(kuò)散，或可成為治療胰腺癌的靶點(diǎn)。

作為消化道常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，胰腺癌因其起病隱匿、晚期難治、生存率低被視作“癌中之王”。不到?7%?的胰腺癌患者能夠存活五年或更長(zhǎng)時(shí)間[1]，因此，科學(xué)家們需要大量研究來(lái)發(fā)現(xiàn)和開發(fā)對(duì)腫瘤反應(yīng)更好的靶點(diǎn)和治療方法。

近日，一項(xiàng)新的研究在Nature雜志上發(fā)表，來(lái)自英國(guó)倫敦癌癥研究所（ICR）的Axel Behrens團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種名為GREM1的蛋白質(zhì)是調(diào)節(jié)胰腺癌中細(xì)胞類型的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，操縱其水平可以促進(jìn)和逆轉(zhuǎn)這些細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楦吖粜缘膩喰偷哪芰?/strong>[2]。

胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）表現(xiàn)為明顯的上皮性和間葉性癌細(xì)胞群[3-6]，不同的細(xì)胞類群是疾病亞型的重要特征[7]，但不同的PDAC亞群如何相互作用以及決定PDAC細(xì)胞命運(yùn)的分子機(jī)制尚不完全清楚。

研究人員在PDAC的小鼠模型中，用可以使GREM1蛋白關(guān)閉的基因，在?“微型腫瘤”（類器官）中研究了胰腺癌[8]。并且根據(jù)Alan Turing于1952年首次提出的數(shù)學(xué)模型，研究人員還發(fā)現(xiàn)另一種稱為?BMP2?的蛋白質(zhì)參與調(diào)節(jié)?GREM1，這兩種蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)?PDAC?細(xì)胞最終的形態(tài)。在自然界中也可以發(fā)現(xiàn)類似的“圖靈模式”——從巨型河豚皮膚上的圖案到貝殼——在胰腺癌中發(fā)現(xiàn)的不同類型的細(xì)胞中也可以看到相同的圖案。

首先，研究人員從KPCY小鼠模型（胰腺癌最常見(jiàn)和最具侵襲性的模型）中及體外培養(yǎng)中鑒定出兩個(gè)不同的EPCAM+和EPCAM?腫瘤細(xì)胞群，通過(guò)RNA-Seq篩選出有差異表達(dá)的基因，發(fā)現(xiàn)有機(jī)體內(nèi)的EPCAM?群體顯示間充質(zhì)標(biāo)記Vim和Fsp1mRNA水平增加，Grem1的mRNA水平也增加。即Grem1在EPCAM?胰腺癌間質(zhì)瘤細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)。

為了研究GREM1在PDAC進(jìn)展中的潛在功能，研究人員將由FLP/FRT重組系統(tǒng)（KPF小鼠）誘導(dǎo)的PDAC與FLP誘導(dǎo)的Grem1（Grem1f1）等位基因、FLP誘導(dǎo)的Rosa26FSF-Creer等位基因（允許在腫瘤發(fā)展過(guò)程中胰腺實(shí)質(zhì)中Grem1缺失）和Tomato/GFP CRE報(bào)告基因allele相結(jié)合，產(chǎn)生KPFCT;Grem1fl/fl小鼠（圖a）。KPF小鼠腫瘤顯示出與KPCY小鼠相似的上皮性和間葉性腫瘤細(xì)胞成分，可以推出，Grem1主要在間葉性PDAC腫瘤細(xì)胞中表達(dá)。

KPFCT;Grem1WT/WT腫瘤顯示典型的分化型導(dǎo)管癌特征，以導(dǎo)管形成和胞漿內(nèi)粘液為特征，Grem1?/?腫瘤表明，這些腫瘤在體內(nèi)經(jīng)歷了表型轉(zhuǎn)換，向更多的間質(zhì)呈現(xiàn)。因此，在小鼠PDAC中，Grem1的失活導(dǎo)致上皮細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)PDAC細(xì)胞，這表明持續(xù)的GREM1活性是維持上皮PDAC亞群所必需的。

為了了解?Grem1在體內(nèi)對(duì)腫瘤細(xì)胞特性的調(diào)節(jié)，研究人員對(duì)由?RFP?標(biāo)記的KPFC/Grem1?fl/fl類器官生成的皮下腫瘤移植模型進(jìn)行了時(shí)程分析，該模型允許通過(guò)?TMX?注射對(duì)Grem1缺失進(jìn)行時(shí)間控制。在Grem1缺失后，腫瘤細(xì)胞的顯著增加，CK19?+?vimentin?-上皮腫瘤細(xì)胞已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃K19?+?vimentin?+的上皮-間質(zhì)混合狀態(tài)。TMX?注射后第11天，梭形細(xì)胞聚集，導(dǎo)管分化基本消失，大部分腫瘤細(xì)胞是CK19?-?vimentin?+，表明此時(shí)腫瘤主要是間質(zhì)。

在體內(nèi)和體外Grem1缺失后，從上皮狀態(tài)到間質(zhì)狀態(tài)的迅速轉(zhuǎn)變證實(shí)了GREM1在限制?EMT方面的關(guān)鍵作用，并表明持續(xù)抑制BMP信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)于維持上皮PDAC細(xì)胞和腫瘤異質(zhì)性是必要的。此外，Grem1的過(guò)表達(dá)恢復(fù)了KPFC/Grem1?Δ/Δ的間質(zhì)特征腫瘤，表明Grem1的水平可以可逆地調(diào)節(jié)上皮-間質(zhì)可塑性。

為了研究PDAC EMT的機(jī)制，研究人員接下來(lái)在KPC腫瘤中分析了EPCAM+和EPCAM?亞型。在EPCAM?腫瘤細(xì)胞中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白的靶基因id3和id4及其配體基因BMP2的表達(dá)顯著增高。

那么，BMP信號(hào)和GREM1之間有著怎樣的關(guān)系呢？

研究人員在KPFC/Grem1fl/fl類器官中敲除了Grem1，然后用BMP2或LDN193189（一種有效的BMP受體抑制劑）處理。在Grem1缺失的類器官中，Smad1、Smad5和Smad9（pSMAD1/5/9）的磷酸化水平增加，這一作用可被LDN19318阻斷。BMP2強(qiáng)烈誘導(dǎo)對(duì)照有機(jī)物中Smad1/5/9的磷酸化，在Grem1缺失的類器官中進(jìn)一步增強(qiáng)。此外，BMP2使EPCAM+細(xì)胞中Grem1的表達(dá)略有增加，但在被LDN193189鈍化的EPCAM?細(xì)胞中，Grem1的表達(dá)增加了9倍。這些結(jié)果表明，Grem1是BMP信號(hào)傳導(dǎo)的靶基因。

接下來(lái)，研究人員評(píng)估了BMP信號(hào)在EMT調(diào)控中的作用。在KPFC/Grem1fl/fl有機(jī)體中，BMP2處理增加了Vimentin+細(xì)胞的數(shù)量，而GREM1過(guò)表達(dá)則減少了它們的數(shù)量。用4-OHT處理Grem1缺失顯著誘導(dǎo)vimentin+細(xì)胞，而BMP2處理進(jìn)一步增強(qiáng)誘導(dǎo)，表明Grem1通過(guò)典型的BMP信號(hào)控制PDAC EMT。

總而言之，在本研究中研究者首次發(fā)現(xiàn)持續(xù)抑制BMP活性對(duì)于維持上皮PDAC細(xì)胞是必不可少的，這表明維持胰腺癌細(xì)胞的異質(zhì)性需要由單一的可溶性因子持續(xù)的旁分泌信號(hào)。即BMP2和GREM1形成了兩個(gè)可擴(kuò)散分子的自抑制反饋環(huán)——這是一種由Alan Turing首次提出的細(xì)胞命運(yùn)模式機(jī)制。

倫敦癌癥研究所癌癥團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、該研究的通訊作者Axel Behrens教授說(shuō)：“我們已經(jīng)證明，在實(shí)驗(yàn)室中逆轉(zhuǎn)胰腺癌的細(xì)胞命運(yùn)是可能的——逆轉(zhuǎn)侵襲性腫瘤并將它們改變成容易治療的狀態(tài)。通過(guò)本研究更好地了解是什么驅(qū)動(dòng)了胰腺癌的侵襲性擴(kuò)散，我們希望現(xiàn)在利用此結(jié)果找出降低胰腺癌侵襲性和更易治療的方法。”

將GREM1作為腫瘤治療的可能靶點(diǎn)，利用BMP2和GREM1之間的相互調(diào)節(jié)進(jìn)行操縱，可以助長(zhǎng)也可以逆轉(zhuǎn)這些細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楦咔忠u性的亞型的能力。更廣泛地說(shuō)，此項(xiàng)研究最終可能為新的胰腺癌治療方法鋪平道路，研究模型也為其他癌癥的研究提供可能。