转移是癌症患者生存的主要威胁，器官特异性生态位在肿瘤的嗜器官转移中起关键作用。成纤维细胞是转移微环境的重要组成部分，但异质性转移相关成纤维细胞（MAFs）如何促进肿瘤嗜器官转移尚不清楚。
2024年9月2日，重庆医科大学检验医学院柳满然教授课题组于国际学术期刊《Cancer Communications》在线发表了题为“Tryptophan 2,3-dioxygenase-positive matrix fibroblasts fuel breast cancer lung metastasis via kynurenine-mediated ferroptosis resistance of metastatic cells and T cell dysfunction”的研究论文，揭示了TDO2+ MFs在促进肿瘤细胞肺转移和免疫逃逸的重要作用。该论文的通讯作者为柳满然教授，第一作者为重庆医科大学检验医学院刘永灿和陈善春。
本研究使用单细胞测序（scRNA-seq）来阐明MAFs亚群的动态变化特征。结合各种小鼠模型和患者队列的生存分析，作者证明在单细胞分辨率下，DTCs、T细胞和TDO2+ MFs之间的特异性互作。激活的MFs中上调TDO2表达导致大量犬尿氨酸（kynurenine, KYN）的分泌，后者通过显著提高DTCs对铁死亡的抵抗力和损害T细胞功能来促进乳腺癌的肺转移生长。该研究提示靶向肺特异性基质细胞代谢可能是治疗乳腺癌肺转移患者的有效策略。
研究材料
在这项研究中，研究人员构建了PDGFRA+ MF和TDO2条件性敲除小鼠模型（由赛业生物提供）。体外研究则采用了4T1-LM3和E0771-LM3细胞系。
研究方法
本研究中采用了多项技术，包括：单细胞测序、传统转录组、高内涵细胞成像、免疫组化、WB/qPCR、ELISA等。
技术路线
01
单细胞测序揭示MAFs异质性
02
MAFs亚群动态变化
03
MFs敲除阻碍转移进展
04
TDO2’MFs促进转移进展
05
TDO2-KYN保护DTCs免于铁死亡
06
TDO2’MFs介导肺转移微环境免疫抑制
研究结果
1
活化的肺成纤维细胞促进乳腺癌肺转移
研究人员发现伴随转移进展，肺微环境发生细胞外基质重塑，成纤维细胞被激活且数量增加。转移进展可分为三个阶段:转移前（Pre）、微转移（Micro）和巨转移（Macro）期。从正常（N）, Pre, Micro和Macro阶段的肺组织中分离成纤维细胞（LFs）分别命名为N-LFs, Pre-LFs, Micro-LFs和Macro-LFs。借助乳腺癌转移和定植模型，研究人员发现相比于N-LFs, Pre-LFs, Micro-LFs和Macro-LFs能更好地促进肿瘤细胞发生肺转移。这些结果表明，活化的肺成纤维细胞促进乳腺癌肺转移。
2
乳腺癌肺转移微环境中存在不同的成纤维细胞亚群
为研究乳腺癌肺转移进展过程中成纤维细胞的异质性，研究人员从转移不同时间节点取样LFs并进行单细胞测序。通过一系列分析表明，肺转移微环境中存在3种不同的成纤维细胞亚群Matrix fibroblasts（MFs）, Myofibroblasts-1（MyoF1）和Myofibroblasts-2（MyoF2）。
3
成纤维细胞亚群动态重塑
研究人员发现，MFs是各阶段的优势亚群；MyoF1的比例逐渐增加，尤其是在微转移期；而MyoF2的丰度在前期升高，但在后期降低。进一步分析成纤维细胞亚群的转录组变化，结果显示大多数通路在成纤维细胞亚群间是共享的，但在Pre, Micro和Macro阶段观察到不同程度的激活。总之，成纤维细胞亚群的组成和转录程序被动态重塑，可能有助于肺转移。
4
MFs敲除阻碍肺转移
CellPhoneDB分析显示，MFs与DTCs存在最多的配体-受体相互作用。为了进一步确定MFs在乳腺癌肺转移中的作用，研究人员构建了PDGFRA+ MF条件性敲除小鼠模型（由赛业生物提供）。与对照小鼠相比，PDGFRA+ MF条件性敲除小鼠的肺转移负荷明显降低且存活更久，这表明MFs的促转移作用。
5
TDO2在MFs中高表达并促进肺转移
为探究MFs的促转移作用机制，借助微量转录组测序，发现MFs中Tdo2（编码tryptophan 2,3-dioxygenase，为色氨酸-犬尿氨酸代谢通路限速酶）在转移过程中表达显著上调，借助TDO2条件性敲除小鼠模型（由赛业生物提供），证实TDO2在MFs中高表达。进一步地，TDO2条件性敲除后小鼠的肺转移负荷明显降低且存活更久。综上，TDO2在MFs中高表达并促进肺转移。
6
TDO2-KYN保护DTCs免于铁死亡
为了进一步了解TDO2+ MFs如何影响DTCs的命运，研究人员借助传统转录组测序，发现肿瘤细胞铁死亡相关通路的显著变化。借助体外条件培养基处理及体内动物实验发现TDO2+ MFs产生的KYN保护DTCs免于铁死亡。
7
TDO2+ MFs介导肺转移微环境免疫抑制
研究人员发现，CD4+和CD8+ T细胞聚集在TDO2+ MFs周围，进一步研究发现TDO2+ MFs中TDO2介导的色氨酸分解代谢抑制T细胞功能，且TDO2+ MFs建立“屏障”保护肿瘤细胞免受T细胞攻击，支持DTCs的免疫逃逸。
研究结论
总的来说，这项研究描述了乳腺癌肺转移瘤生长过程中多方面的细胞串扰。研究人员认为，TDO2+ MFs在转移过程中起着至关重要的作用，并强调了色氨酸分解代谢在DTCs存活和免疫逃逸中的作用。转移微环境中的这些相互作用可以作为未来治疗转移性疾病的有用靶点。
参考文献：