​揭秘結直腸癌轉移機制 開創防治新局面 | 科技獎·一等獎

結直腸癌的發病率和死亡率分列惡性腫瘤第二位和第四位，近些年其發病率上升趨勢明顯，並呈年輕化趨勢。研究顯示我國約80%的結直腸癌患者首診時都處於中晚期，治療效果不佳。儘管近年來結直腸癌的治療手段包括靶向治療、免疫治療等取得了很大進展，但晚期癌症患者的5年生存率僅爲14%，大量的隨訪及研究資料證明轉移是導致結直腸癌治療失敗和患者死亡的主要原因。因此，結直腸癌轉移的防治是當今醫學科學研究的重大課題之一。然而，目前對腫瘤轉移的複雜機制仍不清楚，缺乏轉移預警、診斷和治療的有效標誌物及策略。因此，闡明腫瘤轉移的分子機制，尋找轉移風險預測的新手段和轉移治療的新靶點對腫瘤轉移的防治意義重大。南方醫科大學樑莉教授帶領項目組開展了“結直腸癌侵襲和轉移分子機制及干預策略”。該項目以轉移性癌症幹細胞、腫瘤微環境異質性、腫瘤細胞遷移和侵襲爲切入點，率先提出了轉移性癌症幹細胞的概念，揭示了其來源及表觀遺傳學調控機制，提出靶向診療新策略；揭示了脂質代謝調控巨噬細胞免疫微環境和結直腸癌轉移的新機制，提出了結直腸癌腹膜轉移治療新策略；發現了結直腸癌轉移風險評估的新型血液標誌物，開發了無創診斷新技術；發現了結直腸癌遷移和集體侵襲的關鍵蛋白FMNL2、LASP1，提出了靶向細胞骨架抑制腫瘤轉移的新靶點。該項目榮獲2023年中華醫學科技獎醫學科學技術獎一等獎。

率先提出轉移性癌症幹細胞的概念，系統揭示其特徵、提出診療新策略

1.率先提出轉移性癌症幹細胞的概念：2005年，德國埃爾蘭根大學的Brabletz教授提出靜止癌症幹細胞和遷移癌症幹細胞的概念，將位於腫瘤侵襲邊緣，β-catenin核高表達的癌症幹細胞定義爲遷移癌症幹細胞。隨後癌症幹細胞的異質性受到關注，不同功能的癌症幹細胞亞羣相繼被鑑定出，然而，是否存在轉移性癌症幹細胞？其特徵及干預策略尚不清楚。項目組從結直腸癌細胞系SW480中分選出腸癌幹細胞，通過有限稀釋法及小鼠體內原位種植轉移實驗，構建了具有不同轉移能力的腸癌幹細胞亞羣。項目組發現非轉移性腸癌幹細胞可以通過激活額外的一組轉移促進基因，直接成爲轉移性腸癌幹細胞；隨後發現表觀遺傳學機制如Circ_001680/miR-340/BMI1信號軸，以及Lnc-SATB2-AS1組蛋白乙酰化修飾等在維結直腸癌轉移性乾性表型中發揮重要作用。項目組於2014年在Am J Stem Cells.率先提出了轉移性癌症幹細胞的概念。

2.提出靶向轉移性腸癌幹細胞的診療新策略：項目組利用蛋白組學技術，鑑定出轉移性腸癌幹細胞三分子標籤，利用免疫組化方法，可以方便、準確地區分高、中、低風險人羣，指導患者後續治療方案選擇，多中心臨牀驗證該標籤預測結直腸癌轉移的AUC值爲0.808。隨後，項目組針對轉移性腸癌幹細胞進行小分子化合物庫的篩選，發現天然小分子化合物大果桉醛I通過CLIC4抑制轉移性腸癌幹細胞形成，並具有腫瘤免疫治療增敏作用。轉移性腸癌幹細胞三分子標籤已在30多家醫療機構推廣應用，陽性預測值爲80.2%~88.6%，優於TMN分期。針對大果桉醛I的2項國家發明專利已成功轉讓公司。

揭示腫瘤微環境異質性調控結直腸癌轉移的機制，提出結直腸癌轉移預警和治療的新靶點和策略

1.闡明腫瘤相關成纖維細胞、血管內皮通過外泌體途徑誘導結直腸癌轉移的新機制，爲結直腸癌轉移風險或療效評估提供無創診斷標誌物和新技術：外泌體是腫瘤微環境細胞間通訊的重要載體，其內成分可作爲腫瘤診斷新型標誌物。腫瘤微環境中成分如何通過外泌體途徑誘導轉移性腸癌幹細胞或其轉移性定植的機制尚不清楚。項目組發現miR-92a陽性的腫瘤相關成纖維細胞亞羣通過外泌體途徑促進腸癌幹細胞的轉移和化療耐藥，誘導轉移性腸癌幹細胞形成。此外，原發癌來源的外泌體miR-25-3p通過調控遠隔器官中血管生成和血管通透性改變，誘導轉移前微環境形成以轉移性腸癌幹細胞的遠處定植。臨牀驗證顯示血液外泌體miR-25-3p和miR-92a可用於結直腸癌轉移風險和療效評估。項目組與公司合作開發了基於數字液滴PCR的血液miR-92a診斷試劑盒，正在進行多中心大規模的臨牀驗證。

2.發現脂質代謝調控巨噬細胞免疫微環境和結直腸癌轉移的重要機制，提出結直腸癌腹膜轉移治療新策略和免疫治療新靶點：脂質代謝重編程在腫瘤演進中發揮重要作用，但其如何重塑巨噬細胞免疫微環境，調控腫瘤轉移的機制尚不清楚。項目組系統闡明瞭脂質代謝兩個關鍵酶調控巨噬細胞免疫微環境和結直腸癌轉移的重要機制。項目組首次發現癌細胞中磷脂酸代謝關鍵酶Agpat4異常上調，可使代謝物溶血磷脂酸（LPA）分泌減少，接着通過P38/P65通路促進M2型巨噬細胞極化和T細胞失活，促進結直腸癌轉移。此外，單酰甘油脂肪酶MGLL在巨噬細胞中表達缺失，造成脂質過載，促進CB2/TLR4依賴性的M2型巨噬細胞極化和T細胞失活，導致結直腸癌轉移。隨後，項目組構建結直腸癌腹膜種植轉移新模型，能使腫瘤細胞優先、快速地定植在腹腔脂肪組織中；發現LPA聯合常規化療藥物可有效抑制結直腸癌腹膜轉移。CB2是巨噬細胞上TLR4的剎車分子，其抑制劑顯著抑制結直腸癌轉移，可作爲結直腸癌免疫治療的新靶點。

揭示結直腸癌細胞遷移和侵襲方式的新機制，發現轉移治療的新靶點

1.率先發現FMNL2、LASP1是結直腸癌定向遷移和集體侵襲的新調控蛋白：腫瘤細胞主動遷移方式在局部侵襲中發揮重要作用，不同遷移和侵襲方式包括定向遷移和侵襲性僞足形成、集體侵襲和出芽等調控機制尚不清楚。項目組構建了細胞極性、侵襲趨化和3D集體侵襲新模型，通過蛋白組學篩選，發現肌動蛋白成核因子FMNL2是結直腸癌定向遷移和侵襲性僞足形成的關鍵蛋白，而肌動蛋白結合蛋白LASP1是集體侵襲和出芽的關鍵調控蛋白。首次報道了FMNL2、LASP1與腫瘤轉移的關係。

2.提出靶向細胞骨架的腫瘤轉移治療新靶點：項目組發現FMNL2在EGF/CDC42信號刺激下，通過協調肌動蛋白聚合和微管介導的囊泡運輸，促進侵襲性僞足形成和定向遷移。還發現LASP1通過誘導上皮間質轉化和肌動蛋白聚合，促進集體侵襲和腫瘤出芽。FMNL2、LASP1小分子抑制劑能有效抑制結直腸癌細胞的侵襲和轉移。FMNL2、LASP1可作爲靶向細胞骨架的腫瘤轉移治療的新靶點。

結語

項目組提出轉移性癌症幹細胞的新概念，揭示脂質代謝調控巨噬細胞免疫微環境和結直腸癌轉移的重要機制，提出血管內皮、腫瘤相關成纖維細胞通過外泌體途徑調控結直腸癌轉移的新思路，促進該領域研究的理論進步。項目組發現結直腸癌轉移預警的三分子標籤和血液標誌物，開發出診斷新技術；提供靶向細胞骨架抑制腫瘤轉移和結直腸癌腹膜種植轉移的新靶點和治療策略，促進基礎研究的臨牀轉化。此外，項目組還構建了4種腫瘤轉移研究新模型，促進該研究領域的技術進步。