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生命科学Life science
2月3日，北京交通大学生命科学与生物工程研究院张金华课题组在Cell Press 细胞出版社旗下期刊Cell Reports上在线发表了题为：“ MyD88 in myofibroblasts enhances colitis-associated tumorigenesis via promoting macrophage M2 polarization”的文章。该研究系统地分析了肌成纤维细胞中的MyD88信号在炎症相关的结肠癌发生中的作用，揭示了肌成纤维细胞中的MyD88信号通过促进巨噬细胞M2型极化，从而促进结肠炎相关的结肠癌发生的分子机制，为炎症相关的结肠癌的预防和治疗提供了新的靶点。
结直肠癌是世界第三大常见癌症，癌症死亡率排名第二。慢性炎症在结肠癌发生中发挥重要作用，结肠炎可增加结肠癌的风险。髓样分化因子（Myeloid differentiation factor, MyD88）是Toll样受体（Toll-like receptor, TLR）信号通路的一个关键衔接分子，在维持肠道菌群的动态平衡中发挥着重要作用。已有研究表明，MyD88在结肠癌中发挥着细胞特异性的作用。肿瘤相关成纤维细胞是肿瘤微环境的重要组成部分，对肿瘤细胞及免疫细胞具有重要的调节作用。而成纤维细胞中TLR信号在炎症相关的结肠癌发生中的特定作用尚不清楚。
该研究构建了肌成纤维细胞特异性敲除MyD88小鼠，α-SMA-cre-MyD88flox/flox (Fib-MyD88 KO) 小鼠。在乙氧基甲烷（Azoxymethane, AOM）/右旋糖酐硫酸钠（Dextran sodium sulfate, DSS）诱导的小鼠结直肠癌模中，功能研究发现Fib-MyD88 KO小鼠肿瘤发生的数量和大小显著降低。然而，在DSS诱发的急性结肠炎中，Fib-MyD88 KO小鼠肠上皮细胞的增殖和组织修复减弱。进一步机制分析表明，肌成纤维细胞中MyD88信号的激活促进了骨桥蛋白（Osteopontin, OPN）的分泌。OPN通过与受体αvβ3和CD44结合，进而激活STAT3和PPARγ信号通路, 促进巨噬细胞向M2型极化，从而促进结肠癌的发生（图1）。此外，通过GEO和TCGA数据库分析，发现肿瘤间质成纤维细胞MyD88依赖的OPN的表达与结肠癌病人的不良预后成正相关。阻断肌成纤维细胞中的MyD88分子可能为预防和治疗结肠炎相关的结肠癌提供新策略。
图1 肌成纤维细胞中MyD88信号在结肠炎和结肠癌中的作用机制示意图
北京交通大学博士生袁琦为第一作者，张金华教授为通讯作者。该研究得到科技部“973”、国家自然科学基金委面上项目的资助。
作者专访
Cell Press细胞出版社特别邀请论文通讯作者张金华教授进行了专访，请他为大家进一步详细解读。
CellPress：
首先请您介绍一下该研究的背景和初衷是什么?
张金华教授：
我们课题组一直关注肿瘤微环境（Tumor microenvironment, TME）在肿瘤发生中的作用。肿瘤微环境是肿瘤细胞赖以生存的土壤，其中肿瘤相关成纤维细胞（Cancer-associated fibroblasts, CAFs）是肿瘤微环境中数量最多的肿瘤间质细胞。CAFs能够通过促进肿瘤细胞增殖、迁移、代谢、血管生成、调节免疫反应、增强肿瘤细胞抗药物治疗等途径促进肿瘤发生发展。已有研究表明，不同类型细胞中的MyD88对结直肠癌发挥着不同作用，而MyD88在成纤维细胞中特定的功能尚不清楚。通过已有数据库和临床样本分析，我们发现肿瘤中的间质细胞MyD88表达上调，于是我们构建了肌成纤维细胞MyD88条件敲除小鼠，利用AOM/DSS诱导的炎症相关的结肠癌模型，来探究肌成纤维细胞中MyD88在结直肠癌中的作用及对免疫细胞的调节。
CellPress：
什么是MyD88? 它在肠道微生物组中有什么作用？
张金华教授：
MyD88是先天性和适应性免疫反应中起核心作用的细胞溶质适配器蛋白，结构上有3个功能区域，N端的死亡区，中间区域及C端的Toll区。这种蛋白作为白细胞介素-1和Toll样受体信号通路中的一个关键接头分子，调节许多促炎基因的激活，在传递上游信息和疾病发生发展中具有重要的作用。
肠道菌群是动物胃肠道内的微生物群落，具有数量庞大、种类繁多、功能多样的特点。不同肠道菌群可以通过不同的Toll样受体（例如：TLR1、TLR2、TLR4、TLR7、TLR8 ） 激活MyD88。同时，MyD88会调控体内免疫球蛋白IgA的分泌，IgA会攻击体内的一些肠道菌群，让整体环境趋于稳态, 从而影响肠道免疫反应和肠组织修复。
CellPress：
右旋糖酐硫酸钠诱发急性结肠炎后，肌成纤维细胞中的MyD88敲除会产生怎么样的结果？
张金华教授：
肌成纤维细胞中的MyD88敲除可加重3% DSS诱导的急性结肠炎反应，会使结肠缩短，肠上皮细胞的增殖减弱，然而对于炎症细胞的浸润和炎性因子的分泌并没有显著影响。
然而肌成纤维细胞MyD88特异性敲除后，却降低了结肠炎相关的结肠癌的发生。这并不矛盾，不同的成纤维细胞群在肠道中发挥着不同的作用。低浓度DSS诱导过程中，由于MyD88在上皮细胞中的完整性，单纯的肌成纤维细胞特异性缺失MyD88不足以引起长期的黏膜损伤，从而使受损组织能够迅速修复。在AOM/DSS模型中，在肿瘤发展的后期，肌成纤维细胞MyD88信号在促进肿瘤生长中起着更为重要的作用。
CellPress：
MyD88的敲除是如何抑制巨噬细胞M2极化的？
张金华教授：
肌成纤维细胞中的MyD88的敲除会减少OPN的分泌，而OPN通过与受体αvβ3和CD44结合，激活STAT3和PPARγ信号通路, 从而促进巨噬细胞向M2型极化。
CellPress：
您认为这项研究对靶向治疗结肠炎相关的癌变有怎么样的积极意义?
张金华教授：
肿瘤细胞和微环境被称为“种子”和“土壤”的关系。基质的损伤和改变产生了高度允许的土壤，使其利于肿瘤细胞的生长。根据这种观点，只有对“土壤”进行校正，各种形式的预防或干预在治疗癌症方面才能收到更好的效果。靶向于肿瘤微环境的治疗策略具有一定的优势，如肿瘤间质细胞遗传背景相对稳定，不易出现突变和发生耐药；肿瘤微环境的异质性更小，疗效相对稳定，在控制肿瘤转移方面可以发挥极其重要的作用等，这些可以弥补直接作用于肿瘤细胞的治疗方法的不足。
在肿瘤微环境中，CAFs是数量最多的间质细胞。本研究表明在结肠癌发生过程中，肌成纤维细胞通过分泌OPN，促进巨噬细胞M2型极化，从而促进结肠癌的发生。提示我们可以通过开发特异性靶向肌成纤维细胞MyD88的药物，进而阻断肌成纤维细胞MyD88下游通路，缓解结直肠癌。
CellPress：
您和您的团队接下来的研究方向是什么？
张金华教授：
我们团队长期关注肿瘤微环境中间质成纤维细胞和巨噬细胞在肿瘤发生及炎-癌转变中的分子机制。
1）利用条件性敲除小鼠和多种肿瘤模型，我们将继续深入揭示成纤维细胞和巨噬细胞中TLR信号影响肿瘤发生的分子机制；
2）通过数据库和临床样本，筛选调控成纤维细胞和巨噬细胞的关键分子，构建条件性敲除小鼠，发现和揭示成纤维细胞、巨噬细胞影响肿瘤发生发展的新的作用机制；
3）积极探索以肿瘤相关成纤维细胞和巨噬细胞为靶点的肿瘤微环境的调控在肿瘤预防和治疗中的作用及意义。
作者简介
张金华
教授
博士毕业于中国农业大学生物学院，之后到中科院生物物理研究所从事博士后工作，出站后留所工作并评为副研究员，于调入北京交通大学独立开展工作。-到美国MD安德森癌症中心公派访学。主要研究方向为肿瘤微环境和肿瘤免疫。利用多种转基因及基因敲除小鼠，采用多种肿瘤模型，结合临床研究肿瘤间质细胞在肿瘤发生及炎-癌转变中的作用及分子机制。目前在Cell Reports、Cancer Research、Journal of Hepatology、Cell Research等杂志发表SCI论文二十余篇。主持国家科技部 “973”子课题1项，国家自然科学基金6项，北京市自然科学基金1项。
相关论文信息
研究成果发表在Cell Press旗下Cell Reports期刊上，点击“阅读全文”或扫描下方二维码查看论文。
▌论文标题：
MyD88 in myofibroblasts enhances colitis-associated tumorigenesis via promoting macrophage M2 polarization
▌论文网址：
/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)00037-1
▌DOI：
/10.1016/j.celrep..108724
