乳腺癌肺转移与肝转移的微环境差异及其对转移行为的影响

作者及机构
本研究由瑞士联邦理工学院（ETH Zurich）的Nicola Aceto团队主导，合作机构包括苏黎世大学医院、巴塞尔大学医院、伦敦Francis Crick研究所等。论文于2024年10月以预印本形式发布于bioRxiv（DOI: 10.¹¹⁰¹⁄₂₀₂₄.10.04.616491）。

学术背景
乳腺癌转移至肺和肝等内脏器官是患者预后不良的主要因素，但不同器官微环境对转移行为的调控机制尚不明确。三阴性乳腺癌（TNBC, Triple-Negative Breast Cancer）因缺乏HER2、雌激素受体（ER）和孕激素受体（PR）表达，具有高度侵袭性且易转移至内脏器官。既往研究多关注原发肿瘤生物学，而转移灶的“地理多样性”（geographical diversity）及其对疾病进展的影响未被充分探索。本研究旨在揭示肺与肝微环境如何通过差异化的细胞互作塑造TNBC转移细胞的生物学特性，从而为靶向转移微环境的治疗提供依据。

研究流程与方法
1. 临床数据分析
- 样本：回顾性分析318例转移性乳腺癌患者（1972–2019年），筛选出22例单器官转移患者（肝10例，肺12例）。
- 方法：通过生存分析比较肝/肺转移患者的总体生存期（OS）和至下次转移时间（TTNM），并利用SEER数据库验证结果。
- 关键发现：肝转移患者OS更短（HR=3.2，p=0.016），TTNM更短（HR=9.4，p=0.001），提示肝转移具有更强的促进展能力。

1. 小鼠模型与克隆追踪

   • 模型构建：将携带500万种遗传条形码（barcode）的TNBC细胞（MVT1系）原位植入NSG小鼠乳腺脂肪垫，模拟自发转移。
     
   • 技术：通过条形码测序分析原发瘤、循环肿瘤细胞（CTCs）、肺/肝转移灶的克隆组成。
     
   • 结果：肺转移灶中独特条形码比例显著高于肝转移灶（p<0.0001），且肝转移克隆与CTCs相似性更高，表明肝转移细胞更易发生二次播散。

2. 转移潜能验证实验

   • 设计：从自发转移小鼠中分离肺/肝转移细胞，静脉回输至新宿主。
     
   • 发现：肝转移细胞在受体小鼠中形成更多转移灶（p<0.01），证实肝微环境增强转移细胞的播散能力。

3. 单细胞转录组分析

   • 技术：利用“niche-labelling”系统（mCherry标记微环境细胞）结合10x单细胞RNA测序，分析28,105个肿瘤细胞和12,558个微环境细胞。
     
   • 结果：
     
     • 肿瘤细胞：肝转移细胞富集糖酵解和ATP生成通路，肺转移细胞高表达凋亡和氧化应激相关基因。
       
     • 微环境：肝转移灶富含内皮细胞（占比显著高于肺），肺转移灶以巨噬细胞为主（85% vs. 肝29%）。
       

4. 细胞互作与功能验证

   • 关键互作：肝内皮细胞分泌BMP2/BMP6，通过BM PR1A/2受体激活肿瘤细胞；肺巨噬细胞分泌Granulin（GRN）和SSP1，通过TNFR SF1A/B和ITGB1抑制转移。
     
   • CRISPR筛选：敲除BMPR1A的肿瘤细胞在二次转移中存活率降低，而敲除TNFRSF1A无影响，支持BMP2的促转移作用。
     
   • 体外验证：BMP2预处理增强肿瘤细胞转移能力（p<0.01），GRN处理则抑制转移。

主要结果与逻辑关联
1. 临床数据揭示肝转移预后更差，提示器官特异性生物学差异。
2. 小鼠模型证明肝转移细胞克隆更具播散优势，单细胞数据进一步显示其代谢重编程特征。
3. 微环境分析发现肝内皮细胞通过BMP信号通路驱动转移，而肺巨噬细胞通过GRN抑制该过程，二者形成“肝促肺抑”的调控对立。

结论与价值
1. 科学意义：首次系统阐明肺与肝微环境通过差异化的细胞互作（如BMP2 vs. GRN）调控TNBC转移行为的分子机制，提出“转移器官特异性”（organ-specific metastasis）理论框架。
2. 应用价值：为TNBC个体化治疗提供新策略，如针对肝转移患者靶向BMP2通路，或通过GRN模拟物抑制肺转移。

研究亮点
1. 技术创新：结合遗传条形码追踪、单细胞测序和CRISPR筛选，实现多维度解析转移克隆动态。
2. 概念突破：揭示内脏转移的“地理多样性”及其对治疗反应的潜在影响。
3. 临床相关性：为基于转移部位的精准治疗奠定基础，尤其针对目前缺乏有效疗法的TNBC。

其他价值
研究强调转移微环境的时空异质性，为后续探索其他癌种（如结直肠癌）的器官特异性转移机制提供范式。