上皮間質轉化：腫瘤細胞可塑性的核心驅動力

引言

上皮-間質轉化（EMT）是癌癥細胞可塑性的核心驅動力，它賦予腫瘤細胞侵襲、免疫逃避、治療抵抗和轉移的能力。EMT并非一個二元開關，而是一個包含瞬時、可逆狀態的連續譜系，這些狀態賦予腫瘤細胞獨特的功能特性。近期技術進步揭示了不同腫瘤背景下EMT狀態的意外多樣性，這對疾病進展和治療反應具有重要意義。

一、EMT概述

1. EMT的本質與生理病理背景

EMT是后生動物中廣泛存在的過程，使上皮細胞能夠獲得間質特征，包括前后極性、運動能力和抗細胞死亡能力。該過程最初在原腸胚形成和神經嵴遷移的背景下被描述，此后被證實廣泛參與從器官發生和組織修復到纖維化和癌癥等多種生理和病理過程。EMT并不總是完全轉化為間質狀態，也不完全消除上皮特征，特別是在體內，它涉及上皮細胞向更具可塑性和遷移性狀態的有序、部分重編程。

在胚胎發育中，經歷EMT的細胞獲得遷移特性，并在精確發育線索的引導下參與中胚層、內胚層、神經嵴衍生物和其他譜系的形成。在成年期，瞬時EMT激活在組織修復中具有關鍵作用。當慢性激活時，EMT變得病理化，促進組織結構破壞、細胞去分化、基質重塑和炎癥，導致纖維化發生。下圖展示了非轉化上皮細胞在不同條件下的兩種EMT程序：胚胎期的侵襲性EMT和成體響應損傷的炎癥性EMT。

2. 核心調控機制

EMT程序的核心是一組轉錄因子，最著名的是SNAIL、TWIST、ZEB和PRRX家族成員。這些EMT轉錄因子抑制上皮基因的轉錄并激活間質程序，重塑細胞骨架，改變細胞-基質相互作用并破壞細胞-細胞粘附。

EMT-TF的表達由多種信號通路誘導，包括由轉化生長因子-β（TGFβ）或WNT受體、Notch或受體酪氨酸激酶觸發的通路。環境因素如缺氧和機械力，或細胞內信號如對DNA損傷的反應、氧化應激或代謝重編程也能誘導其表達。下圖展示了EMT的激活機制，包括外部信號通路、環境因素和細胞內信號的匯聚。

此外，EMT還受到轉錄后調控，包括通過miR-200家族和miR-34等microRNA、可變剪接以及與染色質修飾物的相互作用。對不同發育和癌癥模型中EMT進程的系統分析揭示了EMT-TF的刻板順序激活：SNAIL1作為先驅調控因子抑制上皮特征，而TWIST和PRRX1等更強效的間質誘導因子通常在EMT后期被招募，誘導侵襲特性。下圖形象地展示了這種EMT-TF的順序招募過程，箭頭指示方向，線條寬度表示激活或抑制強度。

3. EMT作為多維連續譜

EMT更準確地被描述為由不同調控模塊控制的多維細胞狀態連續譜。細胞可以采用部分EMT配置，同時表達上皮和間質標志物并顯示雜合表型。允許單細胞分辨率的技術發展使這些雜合狀態的特征化更好，它們在EMT景觀中可以是穩定或亞穩態的。EMT通常是可逆的，細胞經歷間質-上皮轉化（MET）。細胞在整個歷史中可以參與連續的EMT/MET循環，MET的成功需要EMT-TF的下調。

EMT日益被認為是細胞可塑性的驅動力，即細胞適應其身份和行為以響應內在或環境線索的能力，這被認為是癌癥的一個標志。EMT通過解鎖末端轉錄程序賦予分化細胞可塑性，無論是在癌癥中還是在組織修復或退化中。與依賴于不可逆突變的遺傳進化不同，表型可塑性使細胞在選擇性壓力下迅速轉換，增強細胞適應性。

二、EMT在癌癥進展中的作用

1. EMT在腫瘤起始中的作用

自20世紀80年代發現第一個癌基因以來，癌癥的起始和進化一直與突變緊密相連。然而，過去十年的研究表明，突變本身不足以觸發腫瘤起始。我們的身體可以被理解為一個巨大的克隆鑲嵌體，我們在幾個組織中攜帶大量具有癌癥相關突變的克隆。致癌物通過擴增具有預先存在驅動突變的克隆來促進腫瘤發生，而不一定直接引起突變。

克隆擴增不足以形成腫瘤，細胞需要繞過額外的瓶頸，如癌基因誘導的衰老或免疫清除。EMT的激活可以賦予癌細胞腫瘤起始能力，同時賦予對凋亡或癌基因誘導的衰老的抵抗力。SNAIL1作為EMT激活的先驅調控因子，在從非轉化到轉化細胞的過渡中起關鍵作用。通過多模態單細胞測序，在BRCA突變的乳腺癌中識別出一種腫瘤前狀態，其特征是在缺乏驅動突變的情況下存在深刻的表觀基因組失調，這種狀態由SNAIL1激活和部分EMT標記，充當非轉化和轉化細胞之間的橋梁。

EMT激活可能作為一個早期的“狀態設定”事件，與癌基因突變合作，并在某些情況下先于突變，創造一個有利于腫瘤發生程序穩定的允許性細胞景觀。下圖展示了腫瘤發生的多階段過程，從遺傳鑲嵌到克隆生長、細胞丟失，最終腫瘤啟動，其中EMT激活和腫瘤干細胞特性是關鍵環節。

此外，EMT誘導的染色質重塑在非常早期階段增加基因組不穩定性，影響隨后的進化軌跡。

環境因素也與癌癥風險增加相關并觸發EMT。例如，尼古丁在小鼠肺纖維化模型中通過激活STAT3–BDNF–TRKB信號通路導致TWIST激活。空氣污染中的顆粒物質通過激活ETS-1和NF-κB誘導肺癌細胞系的EMT樣狀態。肥胖和動情周期等全身狀況也與EMT激活有關。

2. 原發腫瘤中的EMT異質性

腫瘤表現出高度的腫瘤內異質性（ITH），這被認為源于遺傳差異。然而，遺傳異質性本身不能完全解釋轉移行為，因為除了原發腫瘤中已有的突變外，未發現轉移特異性驅動突變。細胞可塑性產生了ITH的額外層面，即遺傳相同的細胞采用不同的轉錄程序。

EMT在部分腫瘤細胞中的激活構成了這種功能異質性來源，長期與增加的侵襲特性相關。單細胞RNA測序揭示了多種癌癥類型中EMT狀態的存在，確認了其在體內動物模型和癌癥患者中的激活。值得注意的是，中間EMT狀態與增加的轉移潛力相關。在乳腺癌中，僅占腫瘤細胞約1.5%的罕見基底/干細胞樣EMT群體表現出不成比例的高轉移能力。

EMT驅動的異質性在體內表現為沿上皮-間質譜系分布的一系列細胞可塑狀態。上圖展示了乳腺癌進化中的EMT功能軌跡：上皮癌細胞經SNAIL1調控去分化，形成兩種不同的EMT路徑。一條是“胚胎樣軌跡”，細胞繼續去分化獲得祖細胞樣表型，最終在PRRX1作用下成為基底樣侵襲性細胞；另一條是“成體樣炎癥軌跡”，細胞被重編程為與抗腫瘤免疫浸潤相關的炎癥樣狀態。這兩種群體在同一腫瘤內占據不同的空間位置：侵襲性程序細胞富集在腫瘤-基質界面，而炎癥程序細胞位于腫瘤內部。

功能分析表明，耗竭PRRX1不僅顯著減少轉移負擔，還導致向炎癥EMT程序轉變，伴隨抗腫瘤巨噬細胞浸潤增加。這表明兩種EMT程序是可塑且相互依賴的，功能上相互拮抗：侵襲程序促腫瘤，而炎癥程序發揮抗腫瘤作用。下圖展示了EMT在轉移級聯反應中的動態變化，雜合型和間質型癌細胞離開原發灶，雜合型細胞定植能力更強，而間質型細胞常處于休眠狀態。

3. EMT與轉移

一旦癌細胞激活EMT并獲得侵襲特性，它們可以滲入血液循環，成為循環腫瘤細胞。CTCs可以作為單個細胞或集群存在，后者顯示出更高的轉移潛力。CTCs存在于雜合EMT狀態，同時表達上皮和間質標志物，并與增強的腫瘤起始能力、可塑性和治療抵抗相關。

雖然EMT?細胞可在已建立的轉移灶中發現，但大多數轉移細胞是EMT?，反映了僅使用兩個標志物解釋完整EMT譜系的局限性，或MET/上皮樣狀態是轉移定植所必需的。整合單細胞RNA測序與CRISPR譜系追蹤的研究證實，轉移主要源于原發腫瘤中激活EMT的克隆，特別是晚期雜合EMT狀態的克隆。

完全間質狀態雖然具有更高的侵襲能力，但在實驗性轉移測定中轉移潛力較低，而雜合EMT表型顯示出增加的轉移潛力。低表達或下調EMT-TF被確定為某些模型中轉移的必要步驟，支持了MET或EMT的部分逆轉是有效轉移生長所需的觀點。譜系追蹤研究表明，很少有轉移源于經歷MET的高度間質克隆；相反，轉移克隆起源于具有中間EMT激活的小群體。

同時，散播細胞可以進入非增殖狀態，通常稱為休眠。休眠癌細胞通常顯示間質狀態，與高度間質癌細胞轉移潛力低的研究結果一致。EMT激活和休眠程序在原發腫瘤內已協調，例如PRRX1賦予侵襲能力的同時誘導細胞周期停滯和休眠相關基因表達。

4. EMT與轉移微環境的相互作用

成功的轉移定植需要間質癌細胞至少部分重新獲得上皮特征。微環境信號在轉移位點誘導強烈EMT激活可能削弱其增強的轉移潛力。下圖展示了EMT-腫瘤微環境在轉移位的相互作用。

血管周微環境是散播癌細胞遇到的第一個微環境。內皮細胞表達的E-選擇素通過結合表面糖蛋白促進乳腺癌細胞骨轉移定植中的MET。肺內皮細胞的WNT信號反應性被確定為散播癌細胞休眠的關鍵決定因素。血管生成活動的程度在此背景下至關重要，內皮細胞通過血栓調節蛋白-1分泌促進休眠，而尖端細胞分泌TGFβ1和骨膜蛋白促進腫瘤生長。

髓系細胞也調節上皮/間質可塑性。組織駐留巨噬細胞分泌的TGFβ2可通過TGFβR3信號維持散播癌細胞的休眠狀態。招募的巨噬細胞沉積的聚集蛋白通過下調磷酸化SMAD2促進肺部MET，增強轉移生長。癌細胞與非轉化上皮細胞的相互作用也有重要作用，如與AT1?肺上皮細胞相互作用誘導SFRP2表達，激活促生存、非增殖的部分EMT樣程序。此外，肝細胞表達的PlexinB2與癌細胞分泌的信號素結合，誘導MET并驅動轉移定植。

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三、EMT與免疫監視

EMT狀態對免疫監視和免疫治療反應有重要影響。EMT特征在人類數據集中一直與免疫抑制相關。下圖展示了EMT在免疫抑制中的細胞自主和非自主作用。

EMT-TFs SNAIL1和ZEB1直接激活CD47表達，這是一個抑制巨噬細胞吞噬的“別吃我”信號。這些轉錄因子還誘導免疫檢查點配體如PD-L1的表達，直接損害T細胞功能。圖5a展示了EMT驅動的細胞自主免疫抵抗機制，如CD47和PD-L1的上調。

另一個關鍵機制是抗原呈遞的抑制，可通過下調MHC或免疫蛋白酶體的改變實現。TCF4被證明抑制抗原呈遞機制表達同時誘導EMT，導致黑色素瘤去分化。間質狀態的內在特征也使癌細胞對免疫介導的殺傷更具抵抗力，如EMT賦予對TNF等促死亡信號的抵抗力。E-鈣粘蛋白的伴隨喪失可能損害與T細胞有效免疫突觸的形成。

EMT不僅賦予癌細胞免疫抵抗力，還促進免疫抑制性腫瘤微環境的建立。SNAIL1激活通過TSP1分泌增強調節性T細胞的招募，抑制細胞毒性CD8? T細胞活動。高SNAIL1表達的間質癌細胞分泌TGFβ1、OPN和巨噬細胞集落刺激因子等免疫調節因子，生成富含M2巨噬細胞和調節性T細胞、耗竭細胞毒性CD8? T細胞的抑制性微環境。圖5b詳細描繪了間質癌細胞通過分泌多種因子誘導免疫抑制微環境的機制。值得注意的是，一小部分間質細胞足以建立這種免疫抑制環境，保護鄰近非EMT癌細胞免受免疫攻擊。

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四、新興治療策略

由于EMT是轉移級聯的核心步驟，許多團隊嘗試抑制或調節它以期預防或治愈轉移。EMT賦予對標準化療、放療和免疫治療的抵抗力。有效的EMT靶向不僅可能減少轉移，還可能增強現有藥物療效。

1. 直接靶向EMT主調控因子

EMT-TFs長期被認為是“不可成藥”的，大多數抗EMT策略未包含專門設計的分子。然而，蛋白降解劑，包括分子膠水和蛋白水解靶向嵌合體（PROTACs），通過將蛋白拉近E3泛素連接酶誘導泛素化和降解，可能為靶向EMT-TFs提供有效方法。下圖展示了PROTAC降解特定EMT-TFs從而預防或減弱EMT的機制。

轉錄因子化學誘導鄰近劑（TCIPs）通過將近鄰的致癌轉錄因子重定向至具有相反活性的表觀遺傳調節因子，重編程其活性。下圖展示了分子膠誘導EMT-TF與表觀遺傳調節因子結合，導致轉錄重編程的機制。

2. 利用間質狀態的獲得性脆弱性

EMT程序不僅賦予細胞運動和抗死亡能力，還引入了新的脆弱性。

鐵死亡是一種非凋亡性細胞死亡程序，依賴于細胞內鐵。間質細胞由于細胞內鐵濃度高于上皮細胞，表現出對鐵死亡的增加敏感性。ZEB1激活合成多不飽和脂肪酸的酶并下調合成單不飽和脂肪酸的酶，增加脂質過氧化敏感性。下圖展示了利用GPX4抑制劑等鐵死亡誘導劑選擇性消除經歷EMT細胞的機制。

癌細胞重編程是另一種策略。間質癌細胞具有可塑性，可產生不同細胞譜系。將癌細胞轉化為不分裂的脂肪細胞可減少侵襲和轉移。下圖描繪了通過腺病毒介導將分化細胞重編程為惰性細胞類型的過程。

3. 利用EMT程序的可塑性和相互依賴性

腫瘤部署至少兩種截然不同但相互依賴的EMT程序。由于成人樣EMT與促炎反應和抗腫瘤髓系細胞招募相關，促進這種EMT類型可能比完全抑制EMT產生更高的治療益處。抑制侵襲性EMT（如通過Prrx1基因缺失）可增強炎癥程序，提供雙重優勢：減少散播和增加抗腫瘤免疫浸潤。下圖展示了通過調節EMT程序，如抑制侵襲軌跡并促進炎癥軌跡，從而改變腫瘤微環境的策略。

4. 免疫治療與邏輯門控CAR T細胞

免疫療法，特別是免疫檢查點阻斷，已改變多種實體瘤的治療。然而，EMT異質性極大影響免疫治療反應。在皮膚鱗狀細胞癌中，沿EMT譜系不同階段的細胞激活不同的T細胞檢查點：上皮樣細胞主要參與PD-1–PD-L1軸，而雜合和間質細胞激活CTLA-4–CD80和TIGIT–CD155。

邏輯門控CAR T細胞提供了選擇性靶向EMT?細胞的前景。‘AND’門需要同一細胞上存在兩個抗原才觸發細胞毒性。設計特異性靶向同時表達上皮和間質標志物的細胞的CARs，可摧毀雜合上皮/間質細胞。‘OR’門CAR設計使同一細胞能獨立識別多種抗原，適合應對腫瘤群體內的抗原異質性。下圖展示了抗EMT邏輯CAR T細胞設計，包括AND系統和OR系統的示意圖。

5. 合理設計聯合療法

單獨靶向EMT臨床獲益可能有限，但與EMT賦予抵抗力的療法聯合具有更大前景。合理設計的聯合策略，包括時間和順序，至關重要。

EMT賦予細胞對多種細胞毒性藥物的抵抗力，EMT抑制增強多腫瘤類型的化療療效。EMT通過ZEB1–USP7–CHK1軸更有效地修復DNA損傷，促進放療抵抗。下圖展示了聯合策略的多樣性，包括與化療、放療、免疫療法及靶向特定狀態的藥物（如鐵死亡誘導劑）的結合。

此外，將腫瘤驅動至均質穩定的間質狀態可能使其轉移性降低，并更易受特異性間質靶向（包括鐵死亡或靶向間質抗原的CAR T細胞）影響。藥物給藥的時間可能至關重要，因為細胞可塑性在治療期間可能進化。一種策略是使用標準療法消除敏感克隆，隨后使用EMT導向藥物根除耐藥間質亞群。

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結語

EMT是腫瘤可塑性的關鍵驅動力，調節侵襲、免疫逃避、治療抵抗和轉移能力。EMT涵蓋一個連續譜系，其中雜合狀態主導轉移定植，而完全間質狀態有利于休眠和生存。這些動態與腫瘤微環境緊密相連，可誘導EMT或在其逆轉中發揮作用。EMT異質性使生物標志物解釋復雜化并影響治療反應，強調了EMT知情臨床策略的必要性。治療努力正從全局EMT抑制轉向利用間質脆弱性或利用可塑性進行重編程，并結合合理的治療順序。未來的挑戰包括更好地理解EMT在癌癥起始中的作用、其在未經治療與經治療腫瘤中的功能異質性影響、其與休眠的關系，以及如何將這種復雜性整合到臨床決策中。

參考資料：

Epithelial-to-mesenchymal transition as a central driver of tumor cell plasticity. Nat Cancer. 2026 Apr;7(4):567-582.

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