昼夜节律作为内源性振荡器，每天以24小时的周期控制着许多生理过程，包括新陈代谢、睡眠、免疫、神经活动、内分泌和血管生物学。目前我们知道特殊的昼夜节律基因在转录水平上控制着昼夜节律和行为，这些基因在所有物种中高度保守，其中包括BMAL1基因，它是一个不可或缺的转录组分，它编码的蛋白与时钟蛋白 (CLOCK) 形成异二聚体，调节体内多种基因以及昼夜节律调节基因的转录。研究发现扰乱癌细胞中昼夜节律能促进肿瘤细胞转移。例如BAML1高表达促进癌细胞的增殖、迁移、存活和侵袭【1-3】，这可能涉及癌细胞之间的相互作用和肿瘤微环境 (TME) 中的基质细胞相互作用【4-6】。但是，癌症患者体内昼夜节律紊乱对TME的影响以及癌细胞增殖、转移的作用以及机制尚未明确。
近日，瑞典卡罗林斯卡医学院的曹义海院士团队在Advanced Science杂志上发表题为Disruption of the clock component Bmal1 in mice promotes cancer metastasis through the PAI-1-TGF-β-myoCAF-dependent mechanism的文章。在这项研究中，他们发现生物钟基因Bmal1转录调节纤溶酶原激活物抑制剂-1（PAI-1），通过抑制纤溶酶的产生来抑制TGF-β功能。敲除了Bmal1基因的小鼠体内PAI-1表达下降，从而导致TME中纤溶酶原激活物增多并激活纤溶酶。随后，纤溶酶激活TGF-β促使肿瘤纤维化，诱导癌症相关成纤维细胞（CAF）与成肌纤维成纤维细胞(myoCAF)之间的转化，共同促进肿瘤生长和转移。
为了研究昼夜节律对肿瘤生长的影响，他们将小鼠结直肠癌 (CRC)、胰腺癌 (PDAC) 皮下植入Bmal1野生型 (Bmal1+/+) 和基因敲除 (Bmal1-/-) 小鼠中。有趣的是，相对于在Bmal1+/+小鼠，肿瘤在Bmal1-/-小鼠中生长速率更快。组织学与免疫组化分析发现在Bmal1-/-小鼠中生长的肿瘤含大量纤维成分，并且CAF在Bmal1-/-小鼠的肿瘤中高增殖。因此他们推测在Bmal1基因缺失的TME中有能促进CAF增殖的因素，导致CAF数量显著增多，增大肿瘤体积。以上实验同时在小鼠原位肝癌 (HCC) 中得到验证。
为了验证猜想，下一步他们采用流式方法剔除掉了肿瘤组织中的癌细胞，保留基质血管成分 (SVF) 进行mRNA测序分析。他们发现在Bmal1-/-的SVF中，Bmal1靶向转录调节的基因Serpine1基因的表达显著下降。已知Bmal1基因在上游转录调节Serpine1，因此当Bmal1缺失，Serpine1的表达量显著下降。Serpine1基因转录的蛋白是PAI-1，他们通过蛋白电泳方法也确定了Bmal1-/-小鼠的肿瘤、SVF、CAF中PAI-1的表达量较野生型组明显下降。与之相反，PAI-1负性调节的纤溶酶原激活物 (PAs)，包括组织纤溶酶原激活物 (tPA) 和尿激酶纤溶酶原激活物 (uPA) 在失去PAI-1抑制以后都显著上升。他们还检测到Bmal1-/-小鼠肿瘤和血浆中的纤溶酶 (plasmin) 水平上升，这是因为tPA和uPA的升高，使更多的纤溶酶原转化成plasmin。
因为考虑到plasmin在Bmal1-/-肿瘤的TME以及小鼠血浆中升高，结合之前的组织学发现，他们下一步思考是不是plasmin导致了CAF细胞增殖以及纤维产生。已知plasmin是导致TGF-β从潜在状态 (latent TGF-β) 转变为激活状态的因素之一，为了证实plasmin是通过TGF-β作用，他们检测了Bmal1野生型和-/-小鼠血浆以及肿瘤中激活型TGF-β的含量，确实发现Bmal1-/-组中TGF-β含量显著升高。升高的TGF-β使CAF转化成更具移动能力的myoCAF。通过体内myoCAF与癌细胞协同注射实验，他们证实这样的myoCAF还能促进癌细胞转移。并且，他们使用了TGF-β受体抑制剂阻断了TGF-β信号通路以后，Bmal1-/-小鼠中肿瘤体积、转移病灶数量都显著下降了。
在临床诊断与肿瘤中，几乎所有患者都会遇到心理创伤，引发一系列生理功能失调的反应，包括恐惧、饮食失调和睡眠障碍。这些疾病会导致昼夜节律紊乱【7】。曹义海院士团队的这项研究证明了肿瘤患者生物钟昼夜节律的破坏可以通过影响TME成分促进肿瘤生长、转移。根据这项研究结果，他们提出未来肿瘤治疗中联合抗癌药物、靶向TME细胞以及协同生物钟调节治疗可能会对各种癌症治疗起到积极作用。
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参考文献
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