Science：将正常人类上皮组织重新编程为致死性神经内分泌肿瘤细胞系

杨 林 介评

(西安交通大学第一附属医院泌尿外科，陕西西安 710061)

来源于不同人类器官的肿瘤在表型和分子特征上具有共同性。小细胞神经内分泌肿瘤(Small cell neuroendocrine carcinoma，SCNC)组织学特征独特，而且可以从包括前列腺和肺等几乎所有器官的上皮中产生。这些肿瘤从正常上皮细胞转化为神经内分泌肿瘤的表型并获得治疗抵抗性。对来自多种肿瘤类型的转录组数据进行的大数据分析提供大量证据，支持肿瘤进展期间SCNC的表型趋同，但其潜在的分子机制尚不完全清楚。

为了探究是否可以通过已知的致癌因子将不同的人上皮细胞转化为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.]使用了人体正常组织进行转化并进行分析。小细胞前列腺癌(small cell prostatic cancer,SCPC)是一种神经内分泌前列腺癌(neuroendocrine prostatic cancer,NEPC)，高度恶性。c-Myc、N-Myc与AKT1(myrAKT1)的过表达分别驱动正常人前列腺上皮细胞转化为低分化的前列腺腺癌或SCPC。为了确定SCPC的其他致癌基因，基于前列腺癌包括SCPC的遗传改变，研究了显性失活p53(TP53DN)(P)、myrAKT1(A)、RB1-短发夹RNA(shRNA)(R)、c-Myc(C)和BCL2(B)的功能效应。这5种遗传因子简称为PARCB。从8名人类供体的前列腺中分离出基底上皮细胞，并用PARCB因子进行病毒转导，在类器官系统中短暂培养后移植到免疫缺陷的NOD/SCID-IL2R-gc-KO小鼠中。通过免疫染色证实PARCB基因表达和肿瘤的人细胞起源。源自基底细胞的所有PARCB肿瘤均显示出人类SCPC的组织学特征，包括高核-细胞质比率、频繁的有丝分裂和凋亡以及神经内分泌分化(neuroendocrine differentitation,NED)标记的均匀表达。

接下来通过逐一排除法分析确定PARCB组合启动SCPC所必需的基因。在没有c-Myc或myrAKT1的情况下无肿瘤发生。在没有BCL2的情况下，PARC组合仍然产生具有组织学特征的肿瘤和与SCPC一致的NED标记物表达，但效率降低。与BCL2相比，RB1-shRNA和TP53DN一起或单独对于SCPC的发展不可或缺。由这些条件产生的肿瘤-PACB(不含RB1-shRNA)、ARCB(不含TP53DN)和ACB(不含TP53DN和RB1-shRNA)显示低分化前列腺癌的组织学特征。 PACB和ARCB肿瘤仅显示NED标志物的点状表达。因此，在人前列腺上皮细胞转化过程中，RB1的缺失和p53的失活，在将上皮细胞转化为SCPC过程中的神经内分泌谱系是必需的。

RNA-seq数据显示，PARCB细胞系的转录组与ACB、PACB和ARCB系的转录组不同。全转录组分析提示PARCB细胞系与SCPC患者样品具有强烈的转录相似性，与临床样品相比，它们不表达可检测水平的雄激素受体(androgen receptor,AR),并且表现出最低水平的AR信号传导活性。 PARCB细胞系在体内和体外也显示出NED标记。

通过ATAC-seq测量了全基因组染色质可及性及其与转录程序的关联，与ACB、PACB或ARCB系相比，PARCB和患者来源的SCPC系显示出明显的染色质可及性。与ACB系相比，PARCB系中p53和RB的双重失活诱导染色质可及性的显著变化。然而，与ACB系相比，分别在PACB或ARCB系中单独灭活p53或RB不会改变染色质可及性。与ACB系相比，PARCB系中过度染色的区域高度富集了与神经元分化和小细胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)相关的基因。

随后，作者研究了PARCB系与其他器官的SCNCs的相似性。通过使用PARCB系中上调的基因对938个转录分析的癌细胞系进行了基因列表富集分析。该分析证明PARCB细胞系在转录上与SCLC细胞系和NCI-H660 SCPC细胞系最相似。为了进一步评估SCPC和SCLC的相似性，作者将来自人肺癌样品的基因表达数据预测到前列腺癌聚类图上。所有临床SCLC样本与SCPC样本紧密聚集，提示前列腺和肺SCNCs在组织学和转录上都相似。

鉴于PARCB前列腺癌模型与SCPC和SCLC的相似性，接下来了解PARCB因子是否可以从人肺上皮细胞中启动SCLC。以类似于原代人前列腺细胞转化的方式，用PARCB慢病毒转化原代正常人支气管上皮(normal bronchial epithelium,NHBE)细胞。NHBE-PARCB肿瘤显示出临床SCLC的典型组织学特征和NED标志物表达特征。

正常的前列腺基底上皮细胞和NHBE细胞显示出不同的转录组，然而，前列腺PARCB和NHBE-PARCB细胞系紧密聚集在一起，提示与PARCB因子重编程相关的共有基因表达谱，而与起源组织无关。

点评：目前应用的肿瘤治疗方法几乎不可避免地导致治疗抵抗性肿瘤的产生。在各种上皮细胞癌中，越来越多地出现具有侵袭性临床特征和神经内分泌特性的治疗抵抗性肿瘤。根据细胞转录和表观遗传学证据，由不同上皮器官产生的SCNC表型具有共同的遗传和表观遗传学特点。源自于不同器官的正常人上皮细胞具有其自身的分子特点，但该研究结果表明，一组确定的致癌因子可以诱导来自不同上皮细胞类型产生共同的神经内分泌癌症谱系。这些数据可能有助于确定新的治疗方法，以防止SCNCs的出现并在出现时对其进行治疗。