肿瘤新突破！Nature Cancer: 这种胶原蛋白，能让肿瘤细胞进入休眠！

肿瘤转移是导致癌症患者死亡的主要原因，也是肿瘤医师面临的重要挑战。

原发肿瘤切除后，术后辅助治疗如果不能完全清除残余的肿瘤细胞，那么这些肿瘤细胞通过血液循环到达远处器官，定植下来，进入休眠状态，若干年后休眠的肿瘤细胞被特定条件激活，迅速增殖，形成明显转移灶。

一旦肿瘤细胞进入休眠，细胞周期停滞于G0/G1期，细胞不增殖也不凋亡，传统的放疗、化疗就会对其失去效果，使得彻底治愈肿瘤变得更加困难，因此也有学者提出可以激活休眠的肿瘤细胞，将其一网打尽。

问题是，休眠的肿瘤细胞和原发肿瘤细胞在基因表达上已经不一样了，就好比甘露寺的甄嬛和刚入宫的嬛嬛，原来的治疗方案不一定会对激活后的细胞起作用，贸然激活休眠的肿瘤细胞，可能会迎来黑化的钮祜禄·甄嬛。

所以，另一批科学家决定反其道而行，要么就让这一批休眠肿瘤细胞永久地休眠，阻止它们苏醒，更狠一点，趁着它们休眠的时候，直接歼灭，或许就能避免肿瘤复发。

要让肿瘤细胞休眠，就得了解它们休眠的机制，来自美国西奈山伊坎医学院的研究团队近期发表于Nature Cancer的一项研究，揭示了肿瘤微环境中的细胞外基质对肿瘤细胞进入和维持休眠状态的关键作用。

研究人员首先从休眠肿瘤细胞的老巢入手，探索这种肿瘤微环境到底有何特别之处，能够使得肿瘤细胞长眠于此？

将休眠型肿瘤细胞系和增殖型肿瘤细胞系通过尾静脉注射的方式接种到小鼠体内，不像增殖型肿瘤细胞在小鼠体内迅速形成肿瘤，休眠型肿瘤细胞在小鼠体内通常是以单个细胞或惰性小结节的形式存在。

在多光子二次谐波成像下，研究人员观察到：

休眠肿瘤细胞外基质主要由蜷曲的、杂乱无章的胶原纤维构成，而增殖肿瘤细胞外基质胶原纤维则呈现为笔直的、更有方向性的线性排列。

图注：Domant休眠型；Proliferative增殖型

随着肿瘤进展，肿瘤细胞外基质的胶原纤维的排布方式也在发生着动态变化，肿瘤发展越到晚期，卷曲的胶原纤维变得越来越整齐。

更神奇的是，当研究人员在小鼠体内接种了增殖型肿瘤细胞后，再手术切除肿瘤，来模拟临床上肿瘤手术治疗患者。手术创口边缘存在着少量残余肿瘤细胞，当这些残余肿瘤细胞发生原位复发或远处转移复发，从休眠状态进入增殖状态时，细胞周围的胶原纤维也经历了蜷曲到笔直的改变。

图注：左：肿瘤原位复发 右：肿瘤肺转移复发

这些结果共同说明细胞外基质结构和肿瘤细胞休眠-复苏状态息息相关——休眠肿瘤细胞周围的胶原蛋白蜷曲分布，一旦休眠细胞复苏、增殖，周围的胶原蛋白则呈现线性分布。

进一步，研究人员对去细胞化的肿瘤团块进行质谱分析，研究休眠和增殖状态下，肿瘤细胞细胞外基质成分的构成差异，发现和增殖肿瘤细胞相比，休眠肿瘤细胞外基质中III型胶原含量明显增高，对肿瘤细胞进行转录组学分析，也可以看到休眠的肿瘤细胞COL3A1表达上升。

图注：III型胶原蛋白（红色荧光），T-HEp3增殖型头颈部鳞状细胞癌细胞系，D-HEp3休眠型头颈部鳞状细胞癌细胞系

同时，对临床上头颈部鳞状细胞癌患者原发肿瘤部位进行活检，可以看到，那些出现淋巴转移的患者和那些未出现转移的患者相比，原发肿瘤部位的III型胶原蛋白含量更低。

图注：N0未发生淋巴转移的肿瘤患者，N+发生淋巴转移的肿瘤患者

以上结果说明肿瘤微环境中III型胶原蛋白含量越高，则肿瘤细胞更倾向于休眠，III型胶原蛋白含量越低，肿瘤细胞越活跃，越容易发生转移。

下一步，为了证明III型胶原蛋白是不是肿瘤细胞“悬崖勒马”进入休眠状态的关键，研究人员将增殖型肿瘤细胞分别与I型胶原蛋白、III型胶原蛋白、IV型胶原蛋白、Dulbecco 磷酸盐缓冲溶液 (DPBS)接种至鸡绒毛尿囊膜，发现：

和III型胶原蛋白一同注射的肿瘤细胞形成的肿瘤团块更小，并且肿瘤细胞增殖相关的组蛋白H3磷酸化水平下调，而休眠标志物核蛋白p27表达增加，说明III型胶原蛋白抑制肿瘤细胞增殖，诱导肿瘤细胞进入休眠状态。

接着，为了验证III型胶原蛋白是否能抑制原发肿瘤切除部位的残余肿瘤细胞增殖，研究人员将浸润有III型胶原蛋白的牙科海绵覆盖在肿瘤切除部位，对照组在相应部位则覆盖了浸润DPBS的海绵，追踪两组小鼠局部肿瘤复发情况，发现：

植入了III型胶原蛋白生物支架的小鼠仅有20%出现肿瘤复发，而对照组小鼠，肿瘤复发概率达到80%！

图注：蓝色：III型胶原组 橘色：DPBS组 术后肿瘤局部复发情况

更重要的是，III型胶原蛋白不但抑制肿瘤增殖、诱导肿瘤细胞进入休眠状态，同时也是肿瘤细胞维持休眠状态的关键。

休眠型肿瘤细胞的COL3A1基因被敲除后，休眠型肿瘤细胞不再休眠，种植后迅速增殖生长，而如果让增殖型肿瘤细胞过表达COL3A1则细胞增殖抑制，种植后形成的肿瘤团块更小，再次证明III型胶原在肿瘤细胞休眠过程中不可或缺。

最后，为了探明III型胶原蛋白是通过哪些信号通路诱导、维持肿瘤细胞休眠，在经过一系列基因敲除和补救试验后，研究人员发现了存在于III型胶原蛋白和休眠肿瘤细胞之间的正反馈通路：

促休眠的III型胶原蛋白与肿瘤细胞DDR1受体结合，激活STAT1入核，促进COL3A1表达，肿瘤细胞分泌III型胶原蛋白，肿瘤细胞维持休眠。

总而言之，这项研究揭示了肿瘤微环境对肿瘤细胞休眠的影响，并证明III型胶原蛋白在其中发挥重要作用，向肿瘤微环境中添加III型胶原蛋白，能够促进肿瘤细胞进入并维持在休眠状态，抑制肿瘤增殖。

让肿瘤病人体内残留的肿瘤细胞一直控制在休眠状态，就能避免肿瘤复发，延长患者生存期，利用“5-AZA+全反式维甲酸”抑制前列腺癌患者休眠肿瘤细胞复苏的临床试验已经开展(NCT03572387)。

未来临床上或许可以将III型胶原蛋白作为预测肿瘤复发的标志物以及维持肿瘤细胞休眠、预防肿瘤复发的治疗手段。

（ps：III型胶原蛋白是要在肿瘤微环境中才能发挥促休眠的作用，不会有人认为口服III型胶原蛋白能抗癌吧？）

参考文献：

[1] Di Martino, J.S., Nobre, A.R., Mondal, C. et al. A tumor-derived type III collagen-rich ECM niche regulates tumor cell dormancy. Nat Cancer (2021).

[2] Sosa MS, Bragado P, Aguirre-Ghiso JA. Mechanisms of disseminated cancer cell dormancy: an awakening field. Nat Rev Cancer. 2014;14(9):611-622.

[3] Aguirre-Ghiso, J., Bragado, P. & Sosa, M. Metastasis Awakening: Targeting dormant cancer. Nat Med 19, 276–277 (2013).