SCUBE2調(diào)控免疫抑制的成骨細(xì)胞微環(huán)境介導(dǎo)luminal型乳腺癌的骨轉(zhuǎn)移

期刊：Cell Research
影響因子：46.297

研究背景
乳腺癌的內(nèi)臟轉(zhuǎn)移，包括骨轉(zhuǎn)移、腦轉(zhuǎn)移、肺轉(zhuǎn)移等，是患者的主要死亡原因，而骨轉(zhuǎn)移是最常見的轉(zhuǎn)移形式。骨轉(zhuǎn)移的發(fā)生依賴于腫瘤細(xì)胞和骨基質(zhì)細(xì)胞復(fù)雜的細(xì)胞和分子互作，尤其是腫瘤細(xì)胞通過影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞，擾亂骨平衡穩(wěn)態(tài)的能力。

SCUBE2是信號肽-CUB結(jié)構(gòu)域-EFR相關(guān)的基因家族成員，可介導(dǎo)膜結(jié)合的Hedgehog配體釋放，促進(jìn)SHH胞外區(qū)的水溶性，促進(jìn)SHH與其受體PTCH1的互作，從而促進(jìn)乳腺癌轉(zhuǎn)移。

科學(xué)問題
ER+的luminal型乳腺癌是一類侵襲其他器官風(fēng)險(xiǎn)低的亞型，卻好發(fā)于骨轉(zhuǎn)移，而這種器官傾向性的發(fā)生機(jī)制一直未有闡明。

研究技術(shù)
10X 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序、RNA-seq等

研究內(nèi)容
作者發(fā)現(xiàn)ER調(diào)控的分泌蛋白SCUBE2促進(jìn)luminal型型乳腺癌的骨轉(zhuǎn)移。單細(xì)胞RNA測序顯示SCUBE2在早期骨轉(zhuǎn)移微環(huán)境中促進(jìn)成骨細(xì)胞富集。SCUBE2促進(jìn)腫瘤膜錨定的SHH的釋放，以激活間充質(zhì)干細(xì)胞中的Hedgehog信號傳導(dǎo)，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞分化。成骨細(xì)胞SCUBE2的表達(dá)和分泌與人類腫瘤中的成骨細(xì)胞分化和骨轉(zhuǎn)移有關(guān)。Sonidegib靶向Hedgehog信號傳導(dǎo)及靶向SCUBE2中和抗體均能有效抑制多種轉(zhuǎn)移模型中的骨轉(zhuǎn)移。

研究路線圖

Fig 1. SCUBE2與luminal型乳腺癌骨轉(zhuǎn)移相關(guān)

2. SCUBE2促進(jìn)乳腺癌骨轉(zhuǎn)移
敲低SCUBE2，骨轉(zhuǎn)移減少（fig 2a-2d）。過表達(dá)SCUBE2，骨轉(zhuǎn)移增加（fig 2e-2g），且高表達(dá)SCUBE2的小鼠生存更差（fig 2h）。
 

Fig 2. SCUBE2促進(jìn)乳腺癌骨轉(zhuǎn)移

3. SCUBE2促進(jìn)骨轉(zhuǎn)移微環(huán)境中成骨細(xì)胞分化
分選骨髓中的CD45-細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞測序，聚類分析發(fā)現(xiàn)6個主要的細(xì)胞群：顆粒細(xì)胞（表達(dá)Cebpe，cluster 0、1、4、9、19），紅細(xì)胞（表達(dá)Hba-a2，cluster 2、6、7、8、16、17、22），B細(xì)胞（表達(dá)Cd19，cluster 5、10、11、12、15、18），單核細(xì)胞（表達(dá)Csf1r，cluster 3、13、14），骨系細(xì)胞OLCs（表達(dá)Alpl，cluster 20、21），骨髓內(nèi)皮細(xì)胞（表達(dá)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(diào)（fig 3c）。經(jīng)鑒定，cluster 21為成骨細(xì)胞（fig 3e）GO分析顯示cluster 21中顯著富集了成骨細(xì)胞特異性信號通路（fig 3f）。
 

Fig 3. 單細(xì)胞測序鑒定SCUBE2表達(dá)的腫瘤細(xì)胞骨轉(zhuǎn)移灶中成骨細(xì)胞富集

4. SCUBE2釋放SHH調(diào)控成骨微環(huán)境
免疫組化和免疫熒光驗(yàn)證單細(xì)胞測序結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在SCUBE2缺失的腫瘤細(xì)胞周圍，ALP+成骨細(xì)胞減少（fig 4a），體外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)SCUBE2促進(jìn)成骨細(xì)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(qiáng)的誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化能力（fig 4e）。使用重組型人SCUBE2蛋白（rhSCUBE2）處理腫瘤細(xì)胞，可以提升腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）分化為成骨細(xì)胞的能力（fig 4f），且能夠促進(jìn)SHH的釋放（fig 4g）。敲低SCUBE2，緩解MC3T3細(xì)胞內(nèi)的Hedgehog通路激活（fig 4h）。
 

Fig 4. SCUBE2促進(jìn)成骨細(xì)胞分化

5. 成骨微環(huán)境保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受免疫細(xì)胞毒性
SCUBE2敲低不影響細(xì)胞增殖，卻顯著促進(jìn)細(xì)胞凋亡（fig 5a），且觀察到NKp46+的NK細(xì)胞增加（fig 5b-5c）。分選骨髓CD45+的細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞測序，結(jié)果顯示，敲低SCUBE2后，NK細(xì)胞數(shù)顯著增加。MCF7與NK92細(xì)胞共孵育后，導(dǎo)致細(xì)胞明顯凋亡（fig 5d）。類器官培養(yǎng)條件下，成骨細(xì)胞能有效保護(hù)病人來源的類器官免受NK細(xì)胞殺傷（fig 5e-5f）。敲低SCUBE2，則能增強(qiáng)NK細(xì)胞的殺傷作用（fig 5g）。
 

Fig 5. 成骨細(xì)胞通過免疫抑制促進(jìn)腫瘤生存

6. SCUBE2的臨床相關(guān)性
臨床骨轉(zhuǎn)移樣本的免疫熒光染色結(jié)果顯示，在SCUBE2+的腫瘤細(xì)胞周圍，ALP+成骨細(xì)胞和COL具有聚集，形成成骨微環(huán)境（fig 6a），SCUBE2的表達(dá)與ALP和COL1的豐度呈正相關(guān)（fig 6b）。靶向SCUBE2下游Hedgehog信號通路的抑制劑，能有效緩解骨轉(zhuǎn)移（fig 6d），延長小鼠生存周期（fig 6e），顯著抑制骨轉(zhuǎn)移（fig 6f）。使用SCUBE2的單克隆抗體處理細(xì)胞后，SHH釋放量減少（fig 6g），抑制Hedgehog信號通路和成骨細(xì)胞生成（fig 6h-6i）。
 

Fig 6. SCUBE2的臨床相關(guān)性和運(yùn)用

參考文獻(xiàn)：
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.