为了建立转移灶，来自原发肿瘤的癌细胞需要克服许多障碍——穿越血管、在循环中存活、最终在新的栖息地“定居”，这个过程需要不同的分子程序来赋予癌细胞适应转移生态位、并发展出明显的转移能力，尽管这看起来是一个效率极低的过程，但转移的发生仍然占癌症相关死亡的90%【1】。确定转移性癌细胞的适应机制仍然是一个悬而未决的问题，尤其是胰腺癌（PDAC）。近年来，人们逐渐将焦点都集中在识别原发性肿瘤的早期转移驱动因素上。转移性播散被认为是各种类型癌症进展的早期事件，这在PDAC中尤其明显，大多数患者在初始诊断时就表现为胰腺外浸润和转移性疾病，其5年生存率仅为~7.1%【2】。而有研究发现，在PDAC中，与原发肿瘤相比，转移性病变缺乏额外的驱动突变【3】。此外，在原发肿瘤、播散性疾病和明显转移中存在很大的生物学异质性，加之存在同步或无法检测的转移，针对原发性肿瘤传播机制的干预措施不太可能在临床上大获成功【4】。因此，阐明区分转移性肿瘤和原发肿瘤的关键调节通路是该领域的一个紧迫问题。近日，来自美国哈佛医学院的Raul Mostoslavsky团队在Nature Cell Biology上在线发表题为The glutathione S-transferase Gstt1 drives survival and dissemination in metastases的文章，利用原位转移模型，对来自PDAC和乳腺癌（BC）小鼠模型的匹配的原发性和转移性实体瘤进行RNA测序（RNA-seq）及随后的功能缺失shRNA靶向筛选，发现谷胱甘肽S-转移酶Gstt1是肿瘤播散和转移所必需的，但对原发性肿瘤的生长可有可无，证明了在转移性肿瘤中Gstt1的异质性表达模式，揭示了Gstt1维持癌细胞转移性生长的关键分子机制，由此确定Gstt1是转移的关键驱动因子，强调肿瘤细胞异质性对转移微环境的影响至关重要。本文研究人员试图根据原发性肿瘤和大转移之间的转录差异来识别转移级联晚期阶段（即转移性生长和维持）所需的基因，为此，研究人员首先构建了小鼠PDAC和BC模型，获得了匹配的原发性和转移性肿瘤组织，对其进行了RNA-seq。分析结果显示与配对的原发性肿瘤相比，肝和肺转移瘤中存在共同的差异上调基因特征。为了从功能上测试该上调的“转移特征”是否对已建立的转移细胞的生长和存活是必需的，研究人员遂开发了一种在锚定非依赖性生长条件下的靶向性的96孔shRNA筛选方法，成功识别了转移性肿瘤细胞的锚定非依赖性存活有关的17个基因。其中，研究人员发现，编码谷胱甘肽S-转移酶 (GST) θ1 酶（该酶是催化还原性谷胱甘肽 (GSH) 与各种亲电和疏水化合物结合的蛋白质超家族成员）的Gstt1对肿瘤球体的形成是必需的，并且是转移性细胞不依赖锚定生长所必需的，但在二维（2D）附着条件下可有可无。鉴于目前将Gstt1与肿瘤发生、进展和转移性疾病直接联系起来的功能研究仍然没有定论，因此其成为本文研究人员最关注的基因。本文研究人员首先利用两种小鼠肿瘤模型实验证实了Gstt1是肿瘤转移的驱动因子，其是驱动转移的必要和充分条件，且其GST活性是转移形成所必需的。同时，实验结果证实Gstt1在转移性CK19+肿瘤细胞亚群中表达，而在原发性肿瘤中普遍不存在。与此同时，实验结果表明Gstt1对于原发性肿瘤生长无关紧要，但在介导肿瘤细胞播散方面发挥关键作用，其不仅是转移形成所必需的，对于已经形成的转移性肿瘤的维持也至关重要。播散性肿瘤细胞（DTC）是逃离原发性肿瘤并到达远处器官的单个细胞或小细胞簇。为了评估Gstt1对肿瘤播散是否重要，本文研究人员评估了来自PDAC基因工程小鼠模型（GEMM，具有原发性肿瘤，但没有明显的大转移）的肝脏和肺组织中的DTC中的Gstt1表达，结果显示大多数单个DTC和小簇同时表达CK19和Gstt1。更重要的是，GSTT1阳性DTC也存在于快速尸检的原发性PDA患者的肝组织中，而该患者未发生明显转移。深入实验结果证实Gstt1对于癌细胞逃离原发性肿瘤后是必需的，这促进了DTC在转移性微环境中的播散和存活。与此同时，研究人员发现，Gstt1高表达（Gstt1high）细胞代表了一个缓慢循环的转移亚群。进一步对Gstt1high转移亚群的功能和分子特征进行分析发现，在已经形成的转移瘤中，Gstt1high细胞是一个高度转移性、缓慢循环的亚群，具有增强的EMT特征，并且保留了潜在的播散性细胞特征和增强的转移启动潜能。为了确定GSTT1在转移性肿瘤中的具体功能，研究人员随后探究了其潜在的相互作用物和蛋白质底物，发现纤连蛋白在Gstt1high转移细胞中发挥重要作用，是转移细胞中Gstt1的底物，Gstt1可直接对纤连蛋白进行谷胱甘肽修饰，促进转移。进一步实验结果揭示了一种机制，即在可用谷胱甘肽存在的情况下，转移细胞中Gstt1的表达增强，结合并对纤连蛋白进行谷胱甘肽修饰，从而促进了其分泌和沉积到转移性微环境中，促进了支持转移细胞存活的细胞外基质（ECM）形成，也正是Gstt1对纤维连接蛋白的这种修饰，而不是对氧化应激的保护，将Gstt1确定为转移性疾病的关键调节因子（图1）。综上所述，本研究利用小鼠自发转移模型，结合新开发的一种靶向性的功能缺失筛选方法，发现并证实Gstt1在小鼠和人类转移瘤中优先上调，并作为转移的特定驱动因素发挥作用，而不影响原发病变的生长，Gstt1高表达细胞亚群是维持已形成的转移灶所必需的，由此为转移异质性提供了深入的了解，并为靶向Gstt1治疗转移性疾病提供了强有力的理论依据。https://doi.org/10.1038/s41556-024-01426-7制版人：十一
1. Lambert, A. W., Pattabiraman, D. R. & Weinberg, R. A. Emerging biological principles of metastasis. Cell 168, 670–691 (2017).
2. Rhim, A. D. et al. EMT and dissemination precede pancreatic tumor formation. Cell 148, 349–361 (2012).
3. Makohon-Moore, A. P. et al. Limited heterogeneity of known driver gene mutations among the metastases of individual patients with pancreatic cancer. Nat. Genet. 49, 358–366 (2017).
4. Giancotti, F. G. Mechanisms governing metastatic dormancy and reactivation. Cell 155, 750–764 (2013).
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