Nature:从胚胎的角度研究肿瘤发生问题

科学家们利用RNA干扰技术（RNA interference techniques）对正在发育当中的小鼠胚胎（mouse embryos）进行了全基因组筛查（genome-wide screen），发现了一些与皮肤癌（skin cancer）相关的新线索。但是其中有一些因子在肿瘤与正常组织的维护方面似乎起着截然相反的作用。

 一直以来，科学家们在研究某个基因的功能时无非就只有两种方法，要么就是敲除这个基因，或者下调其表达量，要么就是提高其表达量。在20世纪90年代发现的RNA干扰技术又给科学家们提供了一条新的研究基因功能的途径，RNA干扰技术可以通过小RNA分子（small RNA molecule）与目标mRNA结合，并使其降解的方式，特异性地抑制某个基因的表达。

可是到目前为止，科学家们也只是利用RNAi技术对体外培养的细胞进行过全基因组筛查研究，这种细胞层面的研究方法不能涉及生理状态下细胞之间复杂的相互作用，可我们都知道，这些相互作用对于正常的组织行为，或者癌变等异常的病理改变才都是最重要的。在本期《自然》（Nature）杂志的第185页上，Beronja等人将向我们介绍全世界首次用RNAi技术进行的活体（小鼠胚胎）全基因组筛查研究工作，他们的目标是找出与非黑素瘤皮肤癌（non-melanoma skin cancer）形成有关的基因。 非黑素瘤皮肤癌是最常见的肿瘤之一，是由皮肤外层的表皮细胞（epidermal cell）恶变而发生的一种疾病。在胚胎发育过程中，当进行到孕中期（mid-gestation）时，外胚层（ectoderm）的表面会逐渐发育成表皮，并慢慢成熟成为一种不通透的皮肤保护屏障，同时也会发育出毛囊（hair follicle）等皮肤附属结构。

早期的非黑素瘤皮肤癌研究发现，Ras基因家族（Ras gene family）成员是非黑素瘤皮肤癌致病基因，但是由于技术的限制，不能在单细胞水平对Ras基因的活性进行研究，所以无法了解其它基因在非黑素瘤皮肤癌，以及其它肿瘤发病过程中起到的致病作用。Beronja等人之前已经发现了一种可以在发育表皮中进行RNAi操作的方法。他们的方法就是借助慢病毒载体（lentiviral vector）在小鼠胚胎外胚层表层细胞里表达shRNA（这种RNA在细胞内表达之后会进一步被切割成RNAi分子）。

现在他们已经将这项技术发展到可以对表皮细胞的全基因组（外显子组）进行筛查，这主要归功于他们有了一个针对小鼠细胞当中每一mRNA的shRNA文库。由于发育中的表皮细胞是以一种非常“保守的（reproducible manner）”方式进行分裂增殖的，所以任何RNAi序列，只要它们能够改变表皮细胞正常的增殖速度，那么就可以通过确定整个RNAi库中这种RNAi序列数量（增加或者减少）的方法发现它们。所以Beronja等人进行了这种研究，他们对RNAi操作开始时和RNAi干扰9.5天之后的小鼠胚胎进行了比较，主要比较了细胞中shRNA的丰度，结果就发现了被抑制之后能够促进细胞增殖，或者抑制细胞增殖的基因。Beronja等人进行了两次筛查，分别寻找了与细胞正常发育有关，以及与细胞癌变（通过诱导Hras1基因表达的方法促使细胞癌变）有关的基因。

在这两次筛查当中都发现了同一种基因，那就是β连环蛋白（β-catenin）编码基因，但是该基因对这两种情况下的细胞增殖却起到了截然相反的作用。之前的研究也发现，β连环蛋白与非黑素瘤皮肤癌的发生有关，也发现如果表皮细胞不表达这种蛋白，也能够促使细胞增殖（hyperproliferation），Beronja等人的发现也符合前人的这些研究成果。 β连环蛋白是粘着连接（adherens junctions）的重要组成部分，所谓粘着连接是一个蛋白复合体，位于上皮组织细胞和内皮组织细胞之间，所以β连环蛋白在细胞之间的粘附作用当中扮演了非常重要的角色。与此同时，β连环蛋白还是Lef1/Tcf转录因子家族成员一个非常重要的辅因子（cofactor），而Lef1/Tcf转录因子家族成员则正是Wnt信号通路的效应因子。由此可见，β连环蛋白对于多个非常重要的细胞基础进程都起到了调控作用。

图 β连环蛋白与正常细胞和癌变细胞的关系

Beronja等人在筛查研究工作中发现，β连环蛋白对正常表皮细胞的生长起到了负向调控的作用。之后的体外试验又发现这个负向调控作用是不依赖于Wnt信号通路的，而是与细胞之间的接触抑制作用相关。可是在对表达了Hras基因的小鼠胚胎表皮细胞的筛查工作中却发现β连环蛋白对这种细胞的生长起到了正向调控的促进作用，这种作用却又与Wnt信号通路活性上调相关。可之前有一项研究发现，在表皮细胞中表达抑制型的（inhibitory form）Lef1，阻断Wnt信号通路之后对肿瘤的形成造不成明显的影响。因此，我们还需要开展更多的研究，深入了解β连环蛋白以及Wnt信号通路对肿瘤的影响作用和意义。

原文出处：

Schweiger PJ, Jensen KB.Biological techniques: An embryonic view of tumour development.Nature. 2013 Sep 12;501(7466):171-2. doi: 10.1038/nature12547.