SCUBE2調控免疫抑制的成骨細胞微環境介導luminal型乳腺癌的骨轉移
期刊：Cell Research
影響因子：46.297
研究背景
乳腺癌的內臟轉移，包括骨轉移、腦轉移、肺轉移等，是患者的主要死亡原因，而骨轉移是最常見的轉移形式。骨轉移的發生依賴于腫瘤細胞和骨基質細胞復雜的細胞和分子互作，尤其是腫瘤細胞通過影響成骨細胞和破骨細胞，擾亂骨平衡穩態的能力。
SCUBE2是信號肽-CUB結構域-EFR相關的基因家族成員，可介導膜結合的Hedgehog配體釋放，促進SHH胞外區的水溶性，促進SHH與其受體PTCH1的互作，從而促進乳腺癌轉移。
科學問題
ER+的luminal型乳腺癌是一類侵襲其他器官風險低的亞型，卻好發于骨轉移，而這種器官傾向性的發生機制一直未有闡明。
研究技術
10X 單細胞轉錄組測序、RNA-seq等
研究內容
作者發現ER調控的分泌蛋白SCUBE2促進luminal型型乳腺癌的骨轉移。單細胞RNA測序顯示SCUBE2在早期骨轉移微環境中促進成骨細胞富集。SCUBE2促進腫瘤膜錨定的SHH的釋放，以激活間充質干細胞中的Hedgehog信號傳導，從而促進成骨細胞分化。成骨細胞SCUBE2的表達和分泌與人類腫瘤中的成骨細胞分化和骨轉移有關。Sonidegib靶向Hedgehog信號傳導及靶向SCUBE2中和抗體均能有效抑制多種轉移模型中的骨轉移。
研究路線圖
主要研究結果
1. SCUBE2在luminal型乳腺癌上調，且與骨轉移相關
通過分析公共數據，選擇有分泌蛋白，發現SCUBE2在luminal型乳腺癌和骨轉移乳腺癌中均顯著上調（fig 1a-1d）。SCUBE2高表達與無骨轉移的患者生存呈負相關（fig 1c、1g）。在luminal型乳腺癌細胞系中，SCUBE2表達升高（fig 1f）。骨轉移患者的血清中，SCUBE2豐度更高（fig 1h）。ER+患者的SCUBE2豐度更高，且ESR1與SCUBE2的表達呈正相關，雙熒光素酶實驗證實ERS1促進SCUBE2的表達（fig 1i-1k）。
Fig 1. SCUBE2與luminal型乳腺癌骨轉移相關
2. SCUBE2促進乳腺癌骨轉移
敲低SCUBE2，骨轉移減少（fig 2a-2d）。過表達SCUBE2，骨轉移增加（fig 2e-2g），且高表達SCUBE2的小鼠生存更差（fig 2h）。
Fig 2. SCUBE2促進乳腺癌骨轉移
3. SCUBE2促進骨轉移微環境中成骨細胞分化
分選骨髓中的CD45-細胞進行單細胞測序，聚類分析發現6個主要的細胞群：顆粒細胞（表達Cebpe，cluster 0、1、4、9、19），紅細胞（表達Hba-a2，cluster 2、6、7、8、16、17、22），B細胞（表達Cd19，cluster 5、10、11、12、15、18），單核細胞（表達Csf1r，cluster 3、13、14），骨系細胞OLCs（表達Alpl，cluster 20、21），骨髓內皮細胞（表達Cdh5，cluster 23）（fig 3a）。其中cluster 21在SCUBE2敲低組顯著下降（fig 3b、3d），成骨基因顯著下調（fig 3c）。經鑒定，cluster 21為成骨細胞（fig 3e）GO分析顯示cluster 21中顯著富集了成骨細胞特異性信號通路（fig 3f）。
Fig 3. 單細胞測序鑒定SCUBE2表達的腫瘤細胞骨轉移灶中成骨細胞富集
4. SCUBE2釋放SHH調控成骨微環境
免疫組化和免疫熒光驗證單細胞測序結果發現，在SCUBE2缺失的腫瘤細胞周圍，ALP+成骨細胞減少（fig 4a），體外實驗也證實SCUBE2促進成骨細胞分化（fig 4b-4d），且相比于其他類型的乳腺癌，luminal型乳腺癌具有更強的誘導成骨細胞分化能力（fig 4e）。使用重組型人SCUBE2蛋白（rhSCUBE2）處理腫瘤細胞，可以提升腫瘤細胞誘導間充質干細胞（MSCs）分化為成骨細胞的能力（fig 4f），且能夠促進SHH的釋放（fig 4g）。敲低SCUBE2，緩解MC3T3細胞內的Hedgehog通路激活（fig 4h）。
Fig 4. SCUBE2促進成骨細胞分化
5. 成骨微環境保護腫瘤細胞免受免疫細胞毒性
SCUBE2敲低不影響細胞增殖，卻顯著促進細胞凋亡（fig 5a），且觀察到NKp46+的NK細胞增加（fig 5b-5c）。分選骨髓CD45+的細胞進行單細胞測序，結果顯示，敲低SCUBE2后，NK細胞數顯著增加。MCF7與NK92細胞共孵育后，導致細胞明顯凋亡（fig 5d）。類器官培養條件下，成骨細胞能有效保護病人來源的類器官免受NK細胞殺傷（fig 5e-5f）。敲低SCUBE2，則能增強NK細胞的殺傷作用（fig 5g）。
Fig 5. 成骨細胞通過免疫抑制促進腫瘤生存
6. SCUBE2的臨床相關性
臨床骨轉移樣本的免疫熒光染色結果顯示，在SCUBE2+的腫瘤細胞周圍，ALP+成骨細胞和COL具有聚集，形成成骨微環境（fig 6a），SCUBE2的表達與ALP和COL1的豐度呈正相關（fig 6b）。靶向SCUBE2下游Hedgehog信號通路的抑制劑，能有效緩解骨轉移（fig 6d），延長小鼠生存周期（fig 6e），顯著抑制骨轉移（fig 6f）。使用SCUBE2的單克隆抗體處理細胞后，SHH釋放量減少（fig 6g），抑制Hedgehog信號通路和成骨細胞生成（fig 6h-6i）。
Fig 6. SCUBE2的臨床相關性和運用
參考文獻：
Wu Q, Tian P, He D, Jia Z, He Y, Luo W, Lv X, Wang Y, Zhang P, Liang Y, Zhao W, Qin J, Su P, Jiang YZ, Shao ZM, Yang Q, Hu G. SCUBE2 mediates bone metastasis of luminal breast cancer by modulating immune-suppressive osteoblastic niches. Cell Res. 2023 May 4. doi: 10.1038/s41422-023-00810-6. Epub ahead of print. PMID: 37142671.
