肿瘤细胞表型异质性是导致治疗耐药和预后不良的重要根源，尤其对于混合型肝癌这类单克隆起源却呈现双向分化的恶性肿瘤，其形成机制长期困扰着临床与基础研究者。近日，空军军医大学黄启超教授、邢金良教授团队团队在《美国科学院院刊》（PNAS）发表了题为“Mitochondrial fusion heterogeneity drives bidirectional tumor phenotypic transition in combined hepatocellular cholangiocarcinoma”的研究论文，他们通过构建嵌合式线粒体融合损伤的小鼠模型并结合人类临床样本分析，系统论证了线粒体动态异质性如何驱动肝肿瘤细胞在肝细胞癌和胆管癌两个方向上的差异化分化。德州学院健康医学院陈琳副教授为第一作者。
研究团队首先在肝肿瘤诱导背景的小鼠体内通过水动力注射实现了Mfn1或Mfn2基因的嵌合式敲除，他们观察到这种马赛克式的融合损伤能够诱发混合型肝癌，且发生率高达80%以上，而对照组小鼠仅产生典型的肝细胞癌。为了排除肿瘤负荷本身的影响，他们将对照组的观察期延长至肿瘤大小与实验组相当的时间点，结果依然未发现任何混合型肝癌表型，这证实了线粒体融合缺陷是该肿瘤类型形成的特异性驱动因素。在c-Met/β-catenin和Akt/c-Met等多种独立的癌基因诱导模型中，该结论均得到了稳定复现，并且线粒体转录因子A的敲除并未产生类似效应，表明这一现象特异性地依赖于融合-裂解动态平衡的破坏。
在人类混合型肝癌临床样本中，研究团队通过免疫组化和透射电镜技术发现胆管癌样区域的线粒体融合蛋白MFN1和MFN2表达水平显著低于肝癌样区域，并且这些细胞的线粒体呈现更为严重的碎片化状态，其直径和横截面积均明显缩小。当他们在Mfn1敲除小鼠中同时转入野生型Mfn1表达质粒进行基因挽救时，不仅肿瘤发生被显著抑制，混合型肝癌中的胆管癌样成分也被完全消除，所有肿瘤均呈现均一的肝细胞癌特征，同时小鼠的生存期明显延长且肝脏与体重比显著下降。这些功能实验的结果强有力地支撑了线粒体融合损伤与胆管癌样表型之间的因果关系。
在分子机制的探索中，研究团队发现了活性氧剂量效应在这一过程中扮演的核心角色，轻度融合损伤产生的低水平活性氧会上调肝细胞核因子4α并促进肝癌样分化，而严重融合损伤带来的高水平活性氧则激活HES1信号通路并驱动胆管癌样特征的出现。他们在肝癌细胞系中梯度敲低MFN1后发现活性氧逐步增加，伴随HNF4α持续下降和HES1逐渐上升，外源过氧化氢处理能够模拟这一效应而线粒体靶向抗氧化剂则有效逆转了该转变。体内功能验证进一步表明过表达Hnf4α可抑制胆管癌样成分形成并延长荷瘤生存，敲低Hnf4α则促进胆管癌样分化并增加肿瘤负荷，而过表达Hes1驱动胆管癌样表型且缩短生存时间，沉默Hes1或用Notch抑制剂处理则能显著逆转这一过程。
READING
BioPeers
热门跟贴