基底细胞起源揭示癌症中神经内分泌-簇细胞谱系可塑性的分子机制

本研究为解决小细胞肺癌（SCLC）等神经内分泌肿瘤中存在的谱系异质性和可塑性机制问题，通过基因工程小鼠模型和单细胞测序技术，首次证实基底细胞（而非传统认为的神经内分泌细胞）是SCLC的细胞起源，能够产生包括ASCL1+、NEUROD1+和POU2F3+在内的多种亚型，并揭示了MYC激活和PTEN缺失协同促进POU2F3+簇细胞样肿瘤发生的关键机制，为靶向肿瘤可塑性提供了新视角。

癌症细胞可塑性是肿瘤进展和治疗抵抗的重要驱动因素，但在神经内分泌（NE）癌症中，尤其是小细胞肺癌（SCLC），其细胞起源和异质性机制仍不明确。SCLC包括ASCL1⁺（SCLC-A）、NEUROD1⁺（SCLC-N）、POU2F3⁺（SCLC-P）和YAP1⁺等分子亚型，其中SCLC-P亚型预后最差且缺乏代表性模型。传统认为肺神经内分泌细胞（PNEC）是SCLC的细胞起源，但该细胞类型无法解释SCLC-P的出现。近年来研究发现，肺基底细胞在损伤修复过程中可分化产生神经内分泌细胞和簇细胞（tuft cell），提示其可能是连接NE和tuft肿瘤表型的桥梁。

为探究SCLC中亚型异质性的起源，研究人员利用多种基因工程小鼠模型（GEMMs）、单细胞RNA测序（scRNA-seq）、谱系追踪（CellTagging）和类器官移植等技术开展研究。关键方法包括：通过腺病毒Cre（Ad-Cre）特异性激活Rb1^fl/fl;Trp53^fl/fl;Myc^T58A（RPM）等模型中的致癌突变；建立基底细胞来源的类器官模型并进行体内外转化实验；利用Caris Life Sciences的944例人SCLC样本进行转录组分析；采用单细胞克隆分析和CellRank等算法解析细胞命运轨迹。

研究首先发现，在119例人SCLC活检组织中，约19%为POU2F3⁺，其中超过82%共表达ASCL1和/或NEUROD1，表明肿瘤内存在显著的亚型异质性。随后通过基底细胞特异性KRT5-Cre模型诱导肿瘤，发现基底细胞起源的SCLC肿瘤表现出更广泛的亚型多样性，包括高比例的POU2F3⁺肿瘤，且其分布更接近人SCLC的亚型比例。

通过建立基底细胞类器官模型并移植至免疫缺陷小鼠，研究人员成功模拟出所有SCLC亚型，包括此前难以获得的SCLC-P和ATOH1⁺亚型。单细胞转录组分析揭示了从基底状态向NE、神经元样、簇细胞样等多种命运转化的轨迹，并发现一种罕见的ASCL1⁺/NEUROD1⁺（A/N）杂交状态。

进一步研究发现，ASCL1缺失（RPMA模型）可促进POU2F3⁺表型的出现，并伴随肿瘤潜伏期延长和部分肿瘤呈现非小细胞肺癌（NSCLC）特征。这表明ASCL1在抑制tuft命运中起关键作用，其缺失可增强肿瘤的可塑性。

分子机制上，研究发现PTEN缺失通过激活PI3K/AKT信号通路上调MYC表达，从而协同促进SCLC-P的发生。在人类SCLC数据中，PTEN缺失与MYC扩增在POU2F3^high肿瘤中显著富集，进一步验证了这一发现。

最后，通过对944例人SCLC样本的分析，发现基底细胞特征与YAP1⁺亚型密切相关，而簇细胞特征与离子细胞（ionocyte）特征高度相关，提示人SCLC中存在与小鼠模型相似的基底细胞起源和分化轨迹。

该研究首次系统证实了基底细胞作为SCLC细胞起源的重要性，揭示了其产生多种肿瘤亚型的潜能，解释了SCLC中亚型异质性的细胞来源。研究发现MYC激活和PTEN缺失协同驱动SCLC-P发生的机制，为针对该亚型的治疗提供了新的靶点。同时，研究建立的基底细胞类器官模型和体内外研究平台，为后续研究SCLC可塑性和开发新型治疗策略提供了重要工具。这些发现不仅深化了对SCLC发病机制的理解，也为其他神经内分泌肿瘤的研究提供了新思路。论文发表于《Nature》杂志，对肿瘤生物学和精准医疗领域具有重要意义。