单细胞转录组及示踪技术探索休眠乳腺癌细胞在癌症转移中的作用及机制

It is crucial to control relapse and metastasis during breast cancer treatment. The heterogeneity of the tumor plays a key role in breast cancer relapse and metastasis. Previously, we identified a long term quiescent mammary stem cell population labeled by transcription factor Bcl11b. Our following experiments in tumor show that both human breast cancer and mouse breast tumor are heterogeneous with a small population of quiescent cells labeled by Bcl11b. Interestingly, this small population of tumor cells played a crucial role in breast cancer metastasis. The question is, whether the Bcl11b-labeled quiescent tumor cells are the origin of metastasis and how the quiescent tumor cells coordinate with other cell populations and initiate the metastasis process. In this project, based on the current knowledge of metastasis and our solid pilot experiment data, we propose to utilize single cell RNAseq technology and lineage tracing technology to tackle the heterogeneity of mouse MMTV-PyMT primary tumor and metastatic tumor, as well as the functional interogation. In addition, we propose to perform lineage tracing experiment to track the metastasis process by tracing the quiescent cells or other relavent key cell populations. Along with the molecular, biochemical analysis for the underlying mechanism, we expect to reconstruct a functional cellular atlas of the MMTV-PyMT tumor, to identify the cell of origin of the metastasis, to reveal the metastatic process at the celluar level, and the molecular mechanism.

乳腺癌治疗的关键在于控制复发转移的发生，而肿瘤细胞的异质性是乳腺癌复发转移的重要原因之一。我们之前在小鼠正常乳腺癌中鉴定了一类由转录因子Bcl11b标定的长程休眠干细胞。我们随后在肿瘤中的研究结果显示，人类乳腺癌与小鼠乳腺癌都存在一定程度的异质性，其中被Bcl11b标定的一小部分休眠细胞在乳腺癌的转移过程中起到至关重要的作用。问题是，休眠细胞是否是癌症的转移源头细胞，如何与肿瘤中其他细胞群体相互作用启动转移的发生。本项目针对乳腺癌转移的研究现状，基于我们大量的前期数据，将应用单细胞转录组分析技术以及示踪技术对小鼠MMTV-PyMT乳腺肿瘤的原位瘤以及转移瘤进行异质性分析，功能性鉴定，对特异的细胞群体进行示踪分析，并结合分子，细胞，生化技术对癌细胞转移的分子机理进行研究，以构建乳腺肿瘤中功能细胞群体图谱，鉴定癌症的转移源头细胞，揭示癌细胞动态迁移过程，以及背后的分子机制。

乳腺癌是全世界最常见的女性恶性肿瘤之一， 临床上治疗的难点在于后期的转移与复发， 尤其是潜伏的休眠性乳腺癌细胞的生存策略。因此理解乳腺癌潜伏细胞的特征，以及逃避免疫的机制，是我们开发新的治疗策略的关键所在。在本课题中，我们通过单细胞测序，对乳腺癌组织的异质性进行了深入的分析，鉴定并分离了小鼠PyMT肿瘤中的转移起始细胞。我们发现这些转移起始细胞是一群静息态的肿瘤干细胞，并通过特殊的免疫逃逸机制逃避免疫系统的攻击，从而在远端器官中生存下来。进一步实验研究发现，介导免疫逃逸的分子为介导先天性免疫系统的cd200. cd200的表达集中在肿瘤干细胞上，通过抑制巨噬细胞的激活介导免疫抑制的微环境，从而逃避免疫系统。同时我们发现，cd200阳性的干细胞群体受到TGFb信号通路的调控，TGFb信号通路偶联了肿瘤干细胞的静息状态以及免疫逃逸状态。此研究为激活免疫系统杀伤潜伏乳腺癌细胞提供了新的思路。同时，我们在本课题中也对肿瘤的微环境进行了探索，鉴定了肿瘤微环境中存在的菌群新组分，并深入探讨了肿瘤菌群在肿瘤转移过程中发挥的关键作用。