SCUBE2调控免疫抑制的成骨细胞微环境介导luminal型乳腺癌的骨转移
2023-05-17 来源:本站 点击次数:915
期刊：Cell Research
影响因子：46.297
研究背景
乳腺癌的内脏转移，包括骨转移、脑转移、肺转移等，是患者的主要死亡原因，而骨转移是最常见的转移形式。骨转移的发生依赖于肿瘤细胞和骨基质细胞复杂的细胞和分子互作，尤其是肿瘤细胞通过影响成骨细胞和破骨细胞，扰乱骨平衡稳态的能力。
SCUBE2是信号肽-CUB结构域-EFR相关的基因家族成员，可介导膜结合的Hedgehog配体释放，促进SHH胞外区的水溶性，促进SHH与其受体PTCH1的互作，从而促进乳腺癌转移。
科学问题
ER+的luminal型乳腺癌是一类侵袭其他器官风险低的亚型，却好发于骨转移，而这种器官倾向性的发生机制一直未有阐明。
研究技术
10X 单细胞转录组测序、RNA-seq等
研究内容
作者发现ER调控的分泌蛋白SCUBE2促进luminal型型乳腺癌的骨转移。单细胞RNA测序显示SCUBE2在早期骨转移微环境中促进成骨细胞富集。SCUBE2促进肿瘤膜锚定的SHH的释放，以激活间充质干细胞中的Hedgehog信号传导，从而促进成骨细胞分化。成骨细胞SCUBE2的表达和分泌与人类肿瘤中的成骨细胞分化和骨转移有关。Sonidegib靶向Hedgehog信号传导及靶向SCUBE2中和抗体均能有效抑制多种转移模型中的骨转移。
研究路线图
主要研究结果
1. SCUBE2在luminal型乳腺癌上调，且与骨转移相关
通过分析公共数据，选择有分泌蛋白，发现SCUBE2在luminal型乳腺癌和骨转移乳腺癌中均显著上调（fig 1a-1d）。SCUBE2高表达与无骨转移的患者生存呈负相关（fig 1c、1g）。在luminal型乳腺癌细胞系中，SCUBE2表达升高（fig 1f）。骨转移患者的血清中，SCUBE2丰度更高（fig 1h）。ER+患者的SCUBE2丰度更高，且ESR1与SCUBE2的表达呈正相关，双荧光素酶实验证实ERS1促进SCUBE2的表达（fig 1i-1k）。
Fig 1. SCUBE2与luminal型乳腺癌骨转移相关
2. SCUBE2促进乳腺癌骨转移
敲低SCUBE2，骨转移减少（fig 2a-2d）。过表达SCUBE2，骨转移增加（fig 2e-2g），且高表达SCUBE2的小鼠生存更差（fig 2h）。
Fig 2. SCUBE2促进乳腺癌骨转移
3. SCUBE2促进骨转移微环境中成骨细胞分化
分选骨髓中的CD45-细胞进行单细胞测序，聚类分析发现6个主要的细胞群：颗粒细胞（表达Cebpe，cluster 0、1、4、9、19），红细胞（表达Hba-a2，cluster 2、6、7、8、16、17、22），B细胞（表达Cd19，cluster 5、10、11、12、15、18），单核细胞（表达Csf1r，cluster 3、13、14），骨系细胞OLCs（表达Alpl，cluster 20、21），骨髓内皮细胞（表达Cdh5，cluster 23）（fig 3a）。其中cluster 21在SCUBE2敲低组显著下降（fig 3b、3d），成骨基因显著下调（fig 3c）。经鉴定，cluster 21为成骨细胞（fig 3e）GO分析显示cluster 21中显著富集了成骨细胞特异性信号通路（fig 3f）。
Fig 3. 单细胞测序鉴定SCUBE2表达的肿瘤细胞骨转移灶中成骨细胞富集
4. SCUBE2释放SHH调控成骨微环境
免疫组化和免疫荧光验证单细胞测序结果发现，在SCUBE2缺失的肿瘤细胞周围，ALP+成骨细胞减少（fig 4a），体外实验也证实SCUBE2促进成骨细胞分化（fig 4b-4d），且相比于其他类型的乳腺癌，luminal型乳腺癌具有更强的诱导成骨细胞分化能力（fig 4e）。使用重组型人SCUBE2蛋白（rhSCUBE2）处理肿瘤细胞，可以提升肿瘤细胞诱导间充质干细胞（MSCs）分化为成骨细胞的能力（fig 4f），且能够促进SHH的释放（fig 4g）。敲低SCUBE2，缓解MC3T3细胞内的Hedgehog通路激活（fig 4h）。
Fig 4. SCUBE2促进成骨细胞分化
5. 成骨微环境保护肿瘤细胞免受免疫细胞毒性
SCUBE2敲低不影响细胞增殖，却显著促进细胞凋亡（fig 5a），且观察到NKp46+的NK细胞增加（fig 5b-5c）。分选骨髓CD45+的细胞进行单细胞测序，结果显示，敲低SCUBE2后，NK细胞数显著增加。MCF7与NK92细胞共孵育后，导致细胞明显凋亡（fig 5d）。类器官培养条件下，成骨细胞能有效保护病人来源的类器官免受NK细胞杀伤（fig 5e-5f）。敲低SCUBE2，则能增强NK细胞的杀伤作用（fig 5g）。
Fig 5. 成骨细胞通过免疫抑制促进肿瘤生存
6. SCUBE2的临床相关性
临床骨转移样本的免疫荧光染色结果显示，在SCUBE2+的肿瘤细胞周围，ALP+成骨细胞和COL具有聚集，形成成骨微环境（fig 6a），SCUBE2的表达与ALP和COL1的丰度呈正相关（fig 6b）。靶向SCUBE2下游Hedgehog信号通路的抑制剂，能有效缓解骨转移（fig 6d），延长小鼠生存周期（fig 6e），显著抑制骨转移（fig 6f）。使用SCUBE2的单克隆抗体处理细胞后，SHH释放量减少（fig 6g），抑制Hedgehog信号通路和成骨细胞生成（fig 6h-6i）。
Fig 6. SCUBE2的临床相关性和运用
参考文献：
Wu Q, Tian P, He D, Jia Z, He Y, Luo W, Lv X, Wang Y, Zhang P, Liang Y, Zhao W, Qin J, Su P, Jiang YZ, Shao ZM, Yang Q, Hu G. SCUBE2 mediates bone metastasis of luminal breast cancer by modulating immune-suppressive osteoblastic niches. Cell Res. 2023 May 4. doi: 10.1038/s41422-023-00810-6. Epub ahead of print. PMID: 37142671.