《Cancer Research Communications》：Metastasis-associated wound repair in the lung. Summary model of study resu...
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为解决转移性乳腺癌在肺部的生长机制不清、缺乏有效治疗策略的问题，研究人员围绕“肺转移灶相关的慢性伤口修复”这一主题，探究了乳腺癌细胞与II型肺泡上皮（AT2）细胞间的相互作用及其分子机制。研究发现，乳腺癌肺转移生长可激活AT2细胞，诱导慢性伤口修复表型，而FDA批准的PDE4抑制剂罗氟司特可阻断cAMP-CREB信号通路，从而抑制AT2细胞与癌细胞的相互作用及体内转移生长。这项研究为利用现有药物靶向治疗已形成的肺转移癌提供了新策略。
乳腺癌是全球女性中最常见的癌症之一，而转移是导致患者死亡的主要原因。肺是乳腺癌最常见的远处转移器官之一，一旦形成肺转移，患者的中位生存期仅为1至4年，预后极不乐观。在复杂的转移级联过程中，癌细胞“定居”于远处器官后的“生长”阶段——即转移性生长阶段——是临床上最为关键的一环。正是在这个阶段，疾病变得可被影像学检测，患者得以确诊并开始治疗。然而，目前针对转移性疾病的治疗策略，常常是基于对患者原发性肿瘤的分析，因为许多转移灶往往难以进行活检。有大量证据表明，转移灶与原发肿瘤在生物学特性上存在差异，可能需要针对性的治疗方案。因此，开发能够特异性地靶向转移性生长阶段的治疗策略，对于降低转移相关死亡率至关重要。为了实现这一目标，必须深入研究转移微环境在疾病进展过程中是如何被改变的，以及它如何支持转移性生长。近期发表在《Cancer Research Communications》上的一项研究，为理解这一过程提供了新视角。
为了探究转移性生长的奥秘，研究人员在免疫健全的临床前小鼠乳腺癌模型中，观察到肺部微环境在转移性生长过程中，发展出一种慢性的、类似于伤口修复的表型。这并非偶然，因为乳腺癌细胞“定居”在肺泡（肺部气体交换的终端结构）中生长时，会损伤负责气体交换的I型肺泡上皮（AT1）细胞。这种损伤触发了伤口修复级联反应，其核心调控者正是被称为“肺泡防御者”的II型肺泡上皮（AT2）细胞。它们不仅是肺泡上皮的干细胞，能增殖并分化为AT1细胞以修复损伤，还通过分泌信号分子协调免疫反应。研究人员由此假设，乳腺癌肺转移微转移灶激活了周围的肺上皮细胞，而这些被激活的细胞反过来又支持了转移灶的生长。
为了验证这一假设，研究团队运用了多种关键技术方法。首先，他们利用自发转移的MMTV-PyMT转基因小鼠模型和晚期转移的尾静脉注射模型（如Met-1和66Cl4细胞）来模拟肺转移。他们通过对不同大小转移灶周围的肺组织进行免疫组织化学、多光谱免疫荧光和细胞因子阵列分析，详细描绘了慢性伤口修复的特征。其次，他们通过磁共振成像（MRI）确认小鼠的转移负荷，并对其肺部细胞进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq），以在单细胞分辨率下揭示转移生长过程中肺内多种细胞类型的基因表达变化。此外，研究还通过无接触共培养模型，在体外研究了人源iPSC诱导的AT2细胞与三阴性乳腺癌细胞之间的旁分泌相互作用，并进行了RNA测序分析。最后，他们评估了FDA批准的磷酸二酯酶4（PDE4）抑制剂罗氟司特在体外和体内对AT2-乳腺癌细胞相互作用及转移性生长的抑制作用。在临床样本方面，研究分析了来自科罗拉多大学癌症中心生物样本库的患者正常和转移性乳腺癌肺组织，以验证小鼠模型中的发现。
慢性伤口修复在转移性生长过程中发展
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研究人员首先观察了MMTV-PyMT自发转移小鼠模型中，不同大小转移灶周围的肺组织。他们发现，与小型转移灶相比，大型转移灶周围的肺组织中，中性粒细胞持续存在，而巨噬细胞、成纤维细胞和AT2细胞的数量则显著增加。这些细胞都是经典肺部伤口修复的参与者，并且它们的这种聚集现象是高度局限于转移灶周围100微米范围内的。通过对这些细胞进行激活标记物染色，他们发现中性粒细胞的激活标志物S100a9水平升高，巨噬细胞几乎全部表达促肿瘤的Arg-1，而成纤维细胞未见明显的胶原沉积或αSMA表达，提示伤口修复过程停滞。尤为重要的是，AT2细胞在大型转移灶周围的增殖活性显著增强。多光谱免疫荧光分析计算出的“伤口修复评分”也与转移灶大小呈正相关。这些结果共同表明，在乳腺癌肺转移生长过程中，转移灶周围发展出一种慢性的、被“卡住”的伤口修复微环境。
转移性生长诱导肺内细胞特异性的基因表达变化
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为了从全局角度了解转移性生长如何重塑肺微环境，研究人员对高负荷和低负荷转移肺的细胞进行了单细胞RNA测序。分析发现，在高转移负荷的肺中，包括树突状细胞、内皮细胞、淋巴细胞、基质细胞、单核/巨噬细胞和上皮细胞在内的多种细胞群体都发生了显著的基因表达变化。其中，AT2细胞表现出了最显著的基因表达转变。与低负荷肺相比，高负荷肺中的AT2细胞上调了与伤口修复和增殖相关的基因，而下调了与凋亡和表面活性物质产生相关的基因。这表明，在转移性生长的影响下，AT2细胞的功能焦点从其维持肺功能的主要职责（如分泌表面活性物质）转向了伤口修复相关的表型。
乳腺癌细胞通过旁分泌作用激活AT2细胞
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为了直接探究乳腺癌细胞如何影响AT2细胞，研究人员在体外将三阴性乳腺癌细胞与AT2细胞（使用长期培养的A549细胞或iPSC诱导分化的iAT2细胞）进行无接触共培养。他们发现，与乳腺癌细胞共培养显著促进了AT2细胞的生长，并改变了其形态，导致细胞体积增大、胞内出现大量类似于板层体的空泡。溶酶体追踪染色进一步证实，共培养增加了iAT2细胞中板层体的数量和/或大小，提示AT2细胞功能发生了转变。RNA测序分析显示，被乳腺癌细胞激活的AT2细胞，其差异表达基因富集在与分泌肽信号、炎症反应、免疫调节和细胞外基质组织相关的通路上。
AT2细胞分泌因子促进乳腺癌生长，并受cAMP-CREB调控
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既然乳腺癌细胞能激活AT2细胞，那么被激活的AT2细胞如何回馈并影响乳腺癌细胞呢？研究发现，从与乳腺癌细胞共培养过的AT2细胞中收集的条件培养基，能够促进三阴性乳腺癌细胞的生长。对小鼠体内AT2细胞差异表达基因和体外共培养AT2细胞差异表达基因的交叉分析发现，多个AT2细胞分泌因子基因是已知的cAMP-CREB（环磷酸腺苷反应元件结合蛋白）调控基因。这提示cAMP-CREB信号通路可能在调控AT2细胞的促肿瘤分泌组中扮演关键角色。
靶向PDE4抑制cAMP-CREB信号可阻断AT2-乳腺癌细胞相互作用及转移性生长
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磷酸二酯酶4（PDE4）是降解cAMP的关键酶，抑制PDE4可提高细胞内cAMP水平，进而激活CREB。有趣的是，研究人员的上游调控因子分析预测，抑制PDE4可能会逆转AT2细胞在共培养中发生的基因表达变化。他们使用FDA批准的PDE4抑制剂罗氟司特或其类似物西洛司特进行验证。结果显示，这些抑制剂在体外能够抑制AT2细胞与乳腺癌细胞共培养时所诱导的基因表达变化，并阻断AT2条件培养基对乳腺癌细胞生长的促进作用。更重要的是，在体内实验中，对已形成肺微转移的小鼠给予罗氟司特口服治疗，能够显著减少肺转移负荷和转移灶数量，但不影响转移灶内癌细胞的增殖或凋亡，这表明药物的作用靶点是肿瘤微环境而非癌细胞本身。最后，对乳腺癌肺转移患者组织的分析显示，与正常肺组织相比，转移灶附近的AT2细胞表达更高水平的PDE4B蛋白，这为将小鼠模型中的发现转化至临床应用提供了依据。
综上所述，这项研究系统性地揭示了乳腺癌肺转移生长的一个新机制：转移灶通过损伤AT1细胞，在周围肺组织诱发一种慢性伤口修复状态；作为“肺泡防御者”的AT2细胞在此过程中被激活，其基因表达和分泌组发生改变，转而通过旁分泌作用促进乳腺癌细胞的生长；而这一恶性循环受到cAMP-CREB信号通路的调控。研究的核心结论和重要意义在于：首次明确了AT2细胞在乳腺癌肺转移性生长中的关键促进作用；揭示了转移灶相关慢性伤口修复这一独特的微环境表型；最重要的是，提出并验证了靶向PDE4（通过抑制cAMP-CREB信号）是阻断AT2-乳腺癌细胞相互作用、抑制已形成肺转移灶生长的有效策略。由于罗氟司特已是FDA批准用于治疗慢性阻塞性肺疾病的药物，这项研究为将其“老药新用”，快速转化为治疗转移性乳腺癌的临床方案提供了强有力的临床前依据，为管理这一棘手临床难题带来了新的希望。
