郑州大学团队Nature子刊发文，揭秘肺癌的化疗耐药性

癌症相关成纤维细胞（Cancer-associated fibroblasts, CAF）是异质性的基质细胞，与肺癌化疗耐药有关。之前的研究发现，成纤维细胞可以直接与肿瘤细胞连接，导致其转移。还有报道称，CAF可能与肺癌细胞形成间隙连接（gap junction），以交换代谢物。然而，在化疗过程中，间隙连接如何调控成纤维细胞与癌细胞之间的通讯，目前还不大清楚。

在这项研究中，研究人员使用异位移植小鼠肿瘤模型，通过单细胞RNA测序分析CAF在化疗后的适应性，发现了一个成纤维细胞亚群高水平表达Zip1。锌转运蛋白ZIP1是溶质载体家族39（SLC39）中的一员，负责维持胞质的锌浓度。经过化疗药物阿霉素（DOX）处理后，小鼠肿瘤中的Zip1⁺ CAF细胞增加，而其他CAF亚群减少（图1）。

图1 scRNA-seq显示DOX处理后Zip1⁺ CAF细胞在肿瘤中富集^[1]

接下来，作者分析了ZIP1在成纤维细胞中的表达是否影响间隙连接蛋白的表达。结果显示，ZIP1在hCAF中的过表达增加了间隙连接蛋白43（CX43）的表达。相反，小鼠胚胎成纤维细胞中Zip1的敲低则降低了CX43的表达。与Zip1^+/-和Zip1^-/-小鼠相比，Zip1^+/+小鼠也表达更高水平的CX43（实验所用Zip1缺陷小鼠由赛业生物提供）。

后续的分析显示，CAF上的CX43与肿瘤细胞中的CX43存在物理上的相互作用。荧光染料钙黄绿素可从成纤维细胞转移至肿瘤细胞，表明A549肿瘤细胞与hCAF之间形成功能性的间隙连接。在过表达ZIP1后，钙黄绿素转移更高效。这些结果表明，ZIP1⁺成纤维细胞通过上调CX43与肿瘤细胞形成有效的间隙连接。

2.ZIP1⁺成纤维细胞将Zn²⁺转移至癌细胞

考虑到Zn²⁺是ZIP1的底物，研究人员接下来探讨了在两种细胞之间运输Zn²⁺的可能性。结果显示，在DOX处理后，肿瘤间隙液中不稳定Zn²⁺水平增加，且在用DOX治疗的肿瘤中观察到大范围的坏死。进一步的分析显示，CAF能够吸收紫杉醇化疗处理的垂死癌细胞释放的Zn²⁺，并且吸收量与Zn²⁺的细胞外剂量成正比。此外，与hCAF共培养后，A549肿瘤细胞中的Zn²⁺增加，而庚醇（间隙连接的解偶联剂）或TPEN（Zn²⁺螯合剂）的预处理可以降低Zn²⁺梯度（图2）。研究人员认为，ZIP1⁺成纤维细胞可作为Zn²⁺储备库，通过间隙连接将Zn²⁺转移至癌细胞中。

图2 ZIP1⁺成纤维细胞通过间隙连接将Zn²⁺转移至癌细胞^[1]

在后续的分析中，作者发现CAF中的Zn²⁺以剂量依赖性方式刺激CX43的上调和pAKT的激活。同时，Zn²⁺刺激又导致肿瘤细胞中的CX43表达以时间依赖性和剂量依赖性的方式升高。这些结果显示，源于成纤维细胞的Zn²⁺通过上调癌细胞中的CX43进一步促进间隙连接的形成。

那么，Zn²⁺对于肿瘤对药物的应答有何影响？研究人员发现，肺癌细胞与CAF细胞的共培养诱导肿瘤细胞表达ABCB1。ABCB1是一种多药耐药蛋白，可将多种药物（包括DOX）排出细胞外，使得肿瘤细胞产生耐药性。随后用紫杉醇和TPEN联合处理肿瘤细胞。在加入低水平的TPEN后，肿瘤对紫杉醇的敏感性显著增加。同时，Zn²⁺刺激ABCB1表达并降低DOX在肿瘤细胞内的积累。由此可见，Zn²⁺诱导ABCB1介导的药物排出，并保护肿瘤细胞免受药物毒性。

接下来，作者探讨了ZIP1⁺成纤维细胞是否对癌细胞具有保护作用。与Zip1^-/-小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）相比，Zip1^+/+MEF减弱了DOX诱导的肺癌细胞的DNA损伤。相应地，Zip1^+/+MEF降低了肿瘤细胞中的DOX，并增加了ABCB1的表达。对于荷瘤小鼠，DOX在Zip1^+/+小鼠肿瘤细胞内的积累显著低于Zip1^+/-和Zip1^-/-小鼠，而ABCB1在Zip1^+/+小鼠肿瘤细胞内的表达也显著高于Zip1^-/-细胞。这些结果表明，无论在体外还是体内，ZIP1在成纤维细胞中的表达都赋予了肺癌细胞耐药性。

最后，研究人员在90名接受化疗的肺腺癌患者队列中进一步研究了ZIP1⁺成纤维细胞与肺癌化疗耐药的临床相关性。他们发现，在大多数肿瘤中，ZIP1⁺成纤维细胞的比例超过50%。此外，ZIP1^high成纤维细胞状态预示着总生存期和无进展生存期较差，表明ZIP1^high成纤维细胞与肺腺癌的化疗耐药性存在关联。在另一组肺腺癌患者中，肿瘤细胞的ABCB1表达与CAF中的ZIP1表达呈正相关。这些结果都表明，ZIP1⁺成纤维细胞通过上调CX43与癌细胞相连接，并通过Zn²⁺转移来促进化疗耐药（图3）。

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