癌细胞从原发部位迁移和侵袭导致癌细胞的转移是癌症患者死亡的主要原因。而导致癌细胞迁移和侵袭的机制非常复杂，除了癌细胞本身的内在驱动之外，还依赖于肿瘤微环境的贡献。
肿瘤微环境提供促迁移因子[1]和能够调节癌细胞运动的具有独特机械性能的基质[2,3]。目前研究较多的通过这些机制影响癌细胞侵袭的肿瘤微环境成分大多数为免疫细胞和成纤维细胞[2,3]。然而，神经也是刺激癌症进展的重要肿瘤微环境组成部分。
有研究表明，在小鼠胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌、皮肤癌和头颈癌模型中，去除神经能够抑制肿瘤生长[4-7]。神经周围侵袭(PNI)能够促进癌细胞的迁移、增殖并侵入神经周围。PNI是一种特殊的转移形式，通过PNI癌细胞可以扩散到肿瘤原发灶之外[8]。此外，PNI与患者的疼痛、瘫痪和较差的存活率有关[9,10]。
尽管目前还没有抑制PNI、神经诱导的癌症侵袭或癌症神经支配的治疗方法[11]，但越来越多科学家们开始关注PNI与癌细胞转移的关系及具体机制，而作为外周神经系统的主要成员-施万细胞，其与癌症转移的关系便成为了近期科学家们的研究热点。
施万细胞是高度可塑性的细胞，在神经损伤[12-14]或感染[15]时进行细胞重新编程。在神经修复过程中，施万细胞重新编程导致大约4,000个基因的表达发生变化，并受c-Jun、Notch、Sox2和MAPK信号以及其他因素的驱动[16,17]。
静止的髓鞘施万细胞被重新编程为非髓鞘神经修复施万细胞，表现出动态运动，释放神经营养因子和趋化因子，招募免疫细胞，通过自噬和吞噬作用清除髓鞘，并重组为称为Büngner带的细胞轨迹。这些条带由细长排列的施万细胞组成，形成引导受损轴突再生的路径
然而，关于施万细胞与癌细胞转移的关系仍未清楚，揭开这个神秘面纱将为解释癌细胞是如何扩散的提供一个新范式，并给癌症患者提供新的治疗机会。
近期，来自美国斯隆凯特林癌症中心的Richard J. Wong研究团队在《癌症·发现》杂志上发表了重要研究成果Reprogrammed Schwann Cells Organize into Dynamic Tracks that Promote Pancreatic Cancer Invasion[18]。
他们的研究发现了一种新的癌细胞侵袭机制，即重编程的施万细胞(SCs)形成的动态细胞轨迹可以驱动癌细胞的迁移和播散。
Richard J. Wong研究团队早期研究已经发现，在胰腺导管腺癌（PDAC）患者标本中，临近胰腺癌细胞的部位胶质纤维酸性蛋白 (GFAP) 的表达会增加，而GFAP是一种施万细胞亚型的标志物 [19]。这与在神经损伤中观察到的现象相似。
PDAC是一种侵袭性癌症，5年生存率仅为8%(17例)，PNI发生率高达100%(12例)。施万细胞是神经中最丰富的细胞类型，是PNI的媒介，能够促进胰腺癌细胞的扩散[19]。
在前期研究基础上，Richard J. Wong团队继续对施万细胞与胰腺癌转移的关系展开更深入的研究。他们发现，PDAC患者的低生存率与非髓质化施万细胞基因表达特征密切相关。癌细胞能够激活施万细胞，诱导与神经损伤相关的c-Jun依赖的重编程，并将施万细胞的分化状态转变为非髓鞘/修复细胞状态。这种施万细胞的线性轨迹，他们将其称之为肿瘤激活的施万细胞轨迹（TAST），是胰腺癌细胞迁移和侵袭的活跃途径。
接下来我们就一起来看看Richard J. Wong团队是如何开展这个研究的。
他们首先评估了施万细胞（SCs）与胰腺癌患者预后的关系。他们从Tabula Sapiens网站获得了几个有髓鞘SCs和非髓鞘SCs特征的人类SCs特征图谱，SCs前体分化为未成熟的SCs，有髓鞘SCs及非髓鞘SCs(图1)。
随后，他们使用癌症基因组图谱（TCGA）中的基因表达水平计算得出178例胰腺癌（PAAD）患者的SCs特征分数并评估了SCs特征评分与临床结果（生存率和无进展生存率）之间的相关性。结果显示，临床结果与非髓鞘SCs特征评分之间存在显著相关性，评分越高，结果越差，而与髓鞘SCs特征没有明显的相关性（图2）。
通过进一步分析得出，非髓鞘SCs的基因表达特征与TCGA数据集中与癌症侵袭相关的多种途径呈正相关，包括上皮-间质转化（EMT）、MAPK信号、PI3-Akt信号等。非髓鞘SCs特征也与轴突引导基因组相关。髓鞘SCs特征与免疫细胞和免疫功能相关的基因组呈正相关。
接下来，研究者们将MiaPaCa2胰腺癌细胞与非肿瘤人类施万细胞系HEI-286细胞系共培养，并通过流式细胞术分选出共培养后的SCs，对其转录组进行GO通路分析，实验结果显示，与癌细胞共培养后的SCs转录组中与轴突引导和MAPK信号通路相关的基因显著富集（图3），并将这些评分称为HEI-mix特征。
随后，他们进一步使用TCGA数据集测试了与有癌细胞侵袭的SCs特征评分（HEI-mix）与临床结果之间的相关性。结果显示，HEI-mix评分与患者生存率显著相关，评分越高，患者生存率越差（图4）。此外，与该特征最相关的基因集和通路与非髓鞘SCs特征相关的基因组和通路几乎相同，并与癌症侵袭相关。
总之，上述发现将非髓鞘SCs和有癌细胞侵袭的SCs的转录组特征联系起来，并且发现其转录组特征与癌细胞的侵袭性相关。
在前期研究中，Richard J. Wong研究团队已经发现在PDAC中存在非髓鞘胶质纤维酸性蛋白GFAP阳性的施万细胞[19]。并且发现在PDAC患者的组织切片上GFAP+SCs的高表达与较差的生存相关。
为了探索这些细胞在癌症侵袭中的作用，他们进一步研究了GFAP+SCs在人类PDAC标本中的分布，发现GFAP+SCs与PNI神经中的癌细胞群密切相关(图5)。被癌细胞侵袭的神经表现出GFAP表达的异质性，GFAP强阳性的SCs紧挨癌细胞附近。
随后，研究人员在小鼠坐骨神经上注射 Pan02 细胞从而构建癌细胞向脊髓迁移的PNI 模型来观察SCs与癌细胞的相互作用。实验结果发现，与人PNI样本一样，小鼠坐骨神经的纵切面显示GFAP+SCs包围癌细胞簇（图6）
接下来，研究者们构建体外肿瘤侵袭的3D模型来研究SCs和癌细胞的相互作用，以评估SCs是否包裹癌细胞。简单的说就是，他们将表达GFP的HeI-286 SCs种植在Matrigel里，六天后在基质胶顶部接种表达红色荧光的人胰腺癌细胞MiaPaCa-2和Panc01细胞（图7）。
研究人员发现，在加入MiaPaCa-2或Panc01三天后，HEI-286 SCs与癌细胞链紧密交联。HEI-286 SCs包裹在癌细胞链上并与之对齐，形成侵袭性的细胞柱(图8)。相反，种植在无HEI-286 SCs的Matrigel上的癌细胞，未能侵袭，也没有形成癌细胞链。
总体而言，Richard J. Wong研究团队成员通过体内外实验揭示了SCs包裹癌细胞并形成SCs和癌细胞柱同步的组织模式。这些观察表明，SCs将癌细胞重组成链并为迁移创造轨迹，他们将其命名为肿瘤激活的施万细胞轨迹(TAST)。
为了进一步研究TAST，研究人员使用微通道技术进行可视化细胞运动和细胞行为的观察，从而确定癌细胞是否沿着TAST迁移，以评估HEI-286 SCs和MiaPaCa-2之间的动态相互作用。
共聚焦显微镜显示， HEI-286 SCs包裹MiaPaCa-2，沿着微通道壁排列，并允许癌细胞通过微通道迁移(图9)。
接下来，研究人员通过时间推移显微镜和粒子图像测速仪(PIV)评估了 SCs是否影响TAST内癌细胞的运动。
实验结果显示，单个 SCs 能够通过推进效应推动癌细胞前进。且SCs速度的增加与癌细胞前进速度的增加在时间上相关。形成TAST的HEI-286 SCs允许MiaPaCa-2细胞集中通过并直接向癌细胞施加力。
上述结果表明HEI-286 SCs能够推动、挤压或拉动癌细胞，有助于癌细胞的移动。
接下来，研究人员开始抽丝剥茧，进一步探索赋予 SCs 这种功能的具体分子机制。
由于神经损伤后，髓鞘SCs会转化为积极参与神经修复的SCs。这种转变部分是由转录因子c-Jun调控的[16]，而神经修复过程中的SCs组织与研究人员在SCs与癌细胞共培养时其促进癌细胞体外迁移的轨迹相似，暗示了两者存在某种联系。
于是，研究人员通过分析在PAAD TCGA数据集，发现Jun表达水平与非髓鞘SCs特征显著相关，此外，较高的Jun表达与较差的患者生存相关(图10)。
为了探讨在SCs和癌细胞相互作用过程中是否发生c-Jun依赖性重编程，研究人员评估了人外科标本中癌细胞附近的SCs的c-Jun磷酸化。
实验结果证实PDAC内神经中磷酸化的c-Jun（P-c-Jun）显著表达，邻近PDAC的正常组织神经中的P-c-Jun表达次之，而非PDAC胰腺标本的神经中P-c-Jun表达最少（图11）。并且研究人员在小鼠PNI模型上也进行了验证，实验结果与在人类外科标本中观察到的一致。
随后，通过体外HEI-286 SCs与MiaPaCa-2共培养模型，研究人员确定了癌细胞能直接诱导SCs c-Jun活化。并进一步通过c-Jun敲除（KO）的HEI-286 SCs验证了SCs c-Jun激活的转录效应是由癌细胞介导的。
此外，通过GO通路分析和基因集富集分析（GSEA），研究人员发现，HEI-286 SCs与MiaPaCa-2共培养后显示轴突引导基因富集。表明与癌细胞共培养后SCs c-Jun在轴突引导基因表达的调节中发挥作用。
由于神经修复过程中SCs基因表达依赖于c-Jun，为了验证癌症中SCs c-Jun与神经修复过程存在相似性。研究人员在对与癌细胞共培养的SCs进行GSEA分析发现，与癌细胞共培养后 SCs中c-Jun神经修复基因的富集度升高。
上述结果表明，与癌细胞共培养后SCs的转录组变化与神经损伤后的SCs重编程相似。SCs中的轴突引导和c-Jun相关神经修复基因集均由癌细胞诱导。
最后，研究人员对敲除c-Jun的HEI-296 SCs与重复了微通道实验，并与野生型HEI-296 SCs进行对比，实验结果发现野生型HEI-296 SCs能够使癌细胞在封闭的微通道中通过，而c-Jun KO HEI-296 SCs易于阻断癌细胞通过（图12）
此外，通过原子力显微镜观察，研究人员发现SC c-Jun调节肌动蛋白组织并改变细胞物理特性。c-Jun使SCs能够包裹癌细胞，顺应微通道，并创建支持癌细胞快速定向迁移的轨道。
为了证实SC c-Jun在PNI中的作用，并解决靶向c-Jun N末端激酶（JNK）的治疗效果，研究人员将JNK抑制剂SP600125应用于用小鼠Panc02细胞构建的PNI模型中进行评价。
与对照相比，添加SP600125显著减少了由Panc02癌细胞引起的PNI的长度。当将Panc02细胞注射到小鼠腋下时，SP600125不影肿瘤的生长，表明SP600125的抑制作用不是通过直接对Panc02增殖的抑制而实现的。
此外，对该动物模型的生存实验表明，c-Jun Ko小鼠比野生型小鼠存活时间更长（图13）。
综上所述，这些数据表明，可以通过阻断JNK有效靶向SCs中的c-Jun激活，并且可以通过调节这种神经微环境改善有神经侵袭的癌症的治疗效果。
总的来说，Richard J. Wong团队的这项研究发现了癌细胞转移的新范式，他们利用生物信息学方法揭示了施万细胞在癌细胞侵袭和转移中的重要性，其中非髓质化、激活的施万细胞产生肿瘤激活的施万细胞轨迹（TAST）。这种新的侵袭机制给癌症转移提供了新的治疗机会。
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