不同的癌症相关成纤维细胞亚群促进肝内胆管癌生长

Promotion of cholangiocarcinoma growth by diverse cancer-associated fibroblast subpopulations

作者信息Silvia Affo, Ajay Nair, Francesco Brundu, Aashreya Ravichandra, Sonakshi Bhattacharjee, Michitaka Matsuda, LiKang Chin, Aveline Filliol, Wen Wen, Xinhua Song, Aubrianna Decker, Jeremy Worley, Jorge Matias Caviglia, Lexing Yu, Deqi Yin, Yoshinobu Saito, Thomas Savage, Rebecca G Wells, Matthias Mack, Lars Zender, Nicholas Arpaia, Helen E Remotti, Raul Rabadan, Peter Sims, Anne-Laure Leblond, Achim Weber, Marc-Oliver Riener, Brent R Stockwell, Jellert Gaublomme, Josep M Llovet, Raghu Kalluri, George K Michalopoulos, Ekihiro Seki, Daniela Sia, Xin Chen, Andrea Califano, Robert F Schwabe
PMID33930309
发布时间2021-06-14
DOI10.1016/j.ccell.2021.03.012

实验完整度

本研究包含多种独立证据层级:遗传谱系示踪、单细胞RNA测序、配体-受体分析、CAF消耗小鼠模型、条件性基因敲除(Col1a1、Has2、Hgf、Met等)以及患者生存分析,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

YAP/AKT诱导的肝内胆管癌小鼠模型 KRAS/p19诱导的肝内胆管癌小鼠模型 人肝内胆管癌细胞系HuCCT-1 人肝内胆管癌组织样本

重点核对

肝星状细胞(HSC)是CAF的主要来源(Lrat-Cre谱系示踪) CAF亚型(iCAF和myCAF)的鉴定及其与肿瘤细胞的配体-受体相互作用 CAF消耗(iDTR或αSMA-TK)对肿瘤生长的影响 HSC选择性敲除Has2或Hgf对肿瘤生长的影响 Col1a1缺失对肿瘤硬度及肿瘤生长的影响

摘要

Cancer-associated fibroblasts (CAF) are a poorly characterized cell population in the context of liver cancer. Our study investigates CAF functions in intrahepatic cholangiocarcinoma (ICC), a highly desmoplastic liver tumor. Genetic tracing, single-cell RNA sequencing, and ligand-receptor analyses uncovered hepatic stellate cells (HSC) as the main source of CAF and HSC-derived CAF as the dominant population interacting with tumor cells. In mice, CAF promotes ICC progression, as revealed by HSC-selective CAF depletion. In patients, a high panCAF signature is associated with decreased survival and increased recurrence. Single-cell RNA sequencing segregates CAF into inflammatory and growth factor-enriched (iCAF) and myofibroblastic (myCAF) subpopulations, displaying distinct ligand-receptor interactions. myCAF-expressed hyaluronan synthase 2, but not type I collagen, promotes ICC. iCAF-expressed hepatocyte growth factor enhances ICC growth via tumor-expressed MET, thus directly linking CAF to tumor cells. In summary, our data demonstrate promotion of desmoplastic ICC growth by therapeutically targetable CAF subtype-specific mediators, but not by type I collagen.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
癌症相关成纤维细胞(CAF)在肝内胆管癌(ICC)中的起源、亚群功能及其促进肿瘤生长的机制是什么?
核心机制
肌成纤维细胞CAF(myCAF)通过表达透明质酸合酶2(HAS2)促进肿瘤生长,而炎症性CAF(iCAF)通过分泌HGF并作用于肿瘤细胞上的MET受体促进肿瘤生长,两者均促进肿瘤细胞增殖;I型胶原蛋白虽增加肿瘤硬度但不促进肿瘤生长。
主要证据
通过遗传谱系示踪、单细胞RNA测序和配体受体分析鉴定CAF来源和亚群;通过CAF消耗和条件性基因敲除(Col1a1、Has2、Hgf、Met等)在两种ICC小鼠模型中验证了HAS2和HGF-MET的促肿瘤作用;患者样本分析显示高CAF特征与较差生存相关。
研究意义
该研究揭示了CAF亚型特异性介质(HGF和HAS2/HA)可作为ICC的治疗靶点,并挑战了I型胶原蛋白作为促肿瘤介质的传统观点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

ICC小鼠模型的建立与CAF来源鉴定

建立ICC小鼠模型,并通过遗传谱系示踪确定CAF的细胞来源。

通过流体动力学尾静脉注射在Lrat-Cre TdTomato Col1a1-GFP小鼠中诱导YAP/AKT或KRAS/p19驱动的ICC,利用谱系示踪标记HSC来源的CAF。

2

单细胞RNA测序及CAF亚群鉴定

通过单细胞RNA测序分析CAF异质性,并鉴定CAF亚群及其与肿瘤细胞的相互作用。

对ICC小鼠肿瘤和人ICC样本进行scRNA-seq,通过转录组特征将CAF分为iCAF、myCAF和mesCAF亚群,并使用CellPhoneDB分析配体-受体相互作用。

3

CAF消耗实验验证其促肿瘤作用

通过遗传或药物手段消耗CAF,评估其对ICC生长的影响。

使用Lrat-Cre iDTR小鼠或αSMA-TK小鼠分别消耗HSC来源的CAF或αSMA阳性CAF,通过白喉毒素或更昔洛韦处理,观察肿瘤生长指标。

4

Col1a1缺失对肿瘤硬度和生长的影响

评估CAF来源的Col1a1对肿瘤硬度和肿瘤生长的作用。

通过Lrat-Cre或Mx1-Cre条件性敲除Col1a1,通过流变学测量肿瘤硬度,并通过YAP表达分析机械转导,同时评估肿瘤生长。

5

Has2/HAS2功能验证

验证myCAF表达的Has2在ICC生长中的作用及机制。

通过Lrat-Cre条件性敲除Has2,检测肿瘤生长、肿瘤细胞增殖、透明质酸水平及YAP/TAZ表达,并进行CD44敲除和体外HA处理实验。

6

HGF-MET轴功能验证

验证iCAF表达的HGF通过MET受体促进ICC生长的机制。

分别通过Lrat-Cre和AAV8-TBG-Cre敲除Hgf(在HSC中)和Met(在肿瘤细胞中),评估肿瘤生长变化;并利用体外实验验证HGF促进肿瘤细胞增殖和ERK/AKT磷酸化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基ThermoFisher Scientific#11965118
胎牛血清GeminiBio# 900-108
重组小鼠HGF蛋白R&D#2207-HG
重组人HGF蛋白R&D#294-HG
U-0126 ERK抑制剂Cayman Chemical#70970
更昔洛韦Invivogensud-gcv
白喉毒素Millipore SigmaD0564
胶原酶DMillipore Sigma11088882001
脱氧核糖核酸酶IMillipore Sigma10104159001
Percoll分离液Millipore SigmaP4937
Nycodenz分离液Cosmobio1002424
PhosSTOP磷酸酶抑制剂Millipore Sigma4906845001
cOmplete蛋白酶抑制剂混合物Millipore Sigma11836153001
硝酸纤维素膜Millipore SigmaGE10600006
透明质酸ELISA试剂盒R&DDY3614
小鼠HGF ELISA试剂盒R&DDY2207
Vectastatin Elite ABC-HRP试剂盒Vector LaboratoriesPK-6100
DAB过氧化物酶底物试剂盒Vector LaboratoriesSK-4100
BrdU细胞增殖试剂盒Millipore Sigma2752
Quant-iT PicoGreen dsDNA检测试剂盒ThermoFisher ScientificP11496
Chromium单细胞3'试剂盒v210x GenomicsPN-120237
Chromium单细胞3'试剂盒v310x GenomicsPN-1000268
RNAscope多重荧光试剂盒v2Advanced Cell Diagnostic323100
RNAscope探针-Mm-Has2-C2Advanced Cell Diagnostic465171-C2
RNAscope探针-Mm-Hgf-C3Advanced Cell Diagnostic315631-C3
AAV8-TBG-Cre病毒Addgene107787-AAV8
聚肌胞苷酸GE Healthcare27473201
Ghost Dye Red 780活力染料Tonbo biosciences13-0865

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
ICC模型诱导
质粒组合, hydrodynamic tail vein injection剂量,小鼠年龄(6-7周),性别(雄性)
阅读提示:Methods: Plasmids and Cholangiocarcinoma Mouse Models
CAF消耗
Lrat-Cre iDTR或αSMA-TK基因型,白喉毒素或更昔洛韦剂量和给药途径,治疗时间窗口(最后两周)
阅读提示:Methods: Mice; Figure 3 legends
单细胞RNA测序
ICC模型(YAP/AKT或KRAS/p19),细胞分选策略(Col1a1-GFP和TdTomato),10x Genomics试剂盒版本,测序平台
阅读提示:Methods: Single Cell RNA-Sequencing
条件性基因敲除
Cre转基因(Lrat-Cre或Mx1-Cre)及对应floxed等位基因,AAV8-TBG-Cre剂量和给药途径,敲除效率验证
阅读提示:Methods: Mice; Figure 5, 6, 7 legends
细胞增殖实验
细胞系(HuCCT-1、CGKP19等),HGF浓度(25 ng/ml),处理时间(48小时),MEK抑制剂浓度(5 μM)
阅读提示:Methods: Cell Culture
流变学测量
肿瘤样本处理,流变仪型号,剪切应变参数(2%),频率(1 rad/s)
阅读提示:Methods: Rheometry