顱底脊索瘤(SBC)是一種罕見的、源自斜坡或鞍區脊索殘留組織的惡性骨腫瘤，年發病率約每百萬人0.1-1例。
由於腫瘤位置深，臨近重要組織、血管及神經，手術全切難度非常高。即使實施了手術，大約80%的患者術後存在腫瘤殘留和複發。由於殘留腫瘤對常規放射治療不敏感，又沒有公認有效的藥物，這也導致顱底脊索瘤患者往往在經曆數次“手術-複發”之後，麵臨“無藥可醫”的困境。
因此，研究顱底脊索瘤的發病機製，尋找治療靶點迫在眉睫。
近日，國家神經疾病醫學中心、複旦大學附屬華山醫院神經外科趙曜教授團隊和浙江大學郭國驥教授團隊合作，在著名期刊Cell Discovery雜誌在線發表重要研究成果[1]。
他們利用單細胞RNA測序(scRNA-seq)技術，首次在顱底脊索瘤惡性細胞中發現了的一簇幹細胞樣細胞簇，並且證明這一細胞簇與腫瘤對放療的抵抗密切相關。
此外，這個研究還揭示腫瘤細胞內存在不完全上皮間質轉化(p-EMT)過程，而且這一過程與脊索瘤的侵襲性密切相關，可作為預後標誌物和治療新靶點。
更重要的是，在上述研究成果的基礎上，研究人員開展了I期臨床實驗，在3名脊索瘤患者中證實服用p-EMT抑製劑(YL-13027)可以顯著減緩腫瘤生長，且能保持至少6個月的無進展狀態。
顱底脊索瘤對放療不敏感，低劑量的常規放療往往難以控製腫瘤生長，但是由於其生長部位臨近腦幹，導致大劑量放療往往難以運用於顱底脊索瘤治療。有部分研究報道了質子重離子照射用於治療脊索瘤取得不錯的效果，但質子重離子治療價格昂貴，很多患者無法負擔。
因此，研究人員希望發現顱底脊索瘤放療抵抗的機製，而其中最為可能的便是顱底脊索瘤中存在腫瘤幹細胞(CSCs)，腫瘤幹細胞導致了脊索瘤對放射治療的不敏感。但是此前的研究並未明確發現CSCs的存在。
同時，顱底脊索瘤表現出強侵襲性，但是其背後機製尚未完全明確，如果能搞清楚侵襲性機製，可能為顱底脊索瘤提供潛在的治療靶點。
此外，有部分病例報道指出抗PD-1免疫療法在顱底脊索瘤治療中取得不錯的效果，但是僅局限於極個別病例，並且顱底脊索瘤是否表達PD-1/PD-L1也尚未得到明確。
因此，為了闡明SBC中CSCs和PD-1/PD-L1表達亞群的存在，並進一步探索細胞的異質性和腫瘤侵襲性的機製，研究人員對SBC進行了單細胞轉錄組分析。
研究人員對6名沒有接受過放療的患者的12個顱底脊索瘤樣本進行了單細胞轉錄組測序，共獲取90691個細胞的轉錄組數據。
基於測序數據，研究人員將所有細胞劃分為10種亞型共17簇細胞。隨後，他們運用infer CNV及脊索瘤相關標誌物，鑒定出約60000個惡性細胞(即腫瘤細胞)及約30000個非惡性細胞(間質細胞、免疫細胞等)。
研究過程
鑒定出的非惡性細胞主要為免疫細胞及間質細胞。根據經典的標誌物，研究人員將間質細胞分為4個亞群，將免疫細胞分為8種細胞共15個亞群。研究人員進一步將顱底脊索瘤中免疫細胞與人類細胞譜圖(HCL)中的免疫細胞進行比較，發現部分類型的免疫細胞中PD-L1調控體(例如AXL)的表達升高，提示了PD-1/PD-L1療法可作為顱底脊索瘤潛在治療靶點。
腫瘤細胞根據基因表達差異，被進一步劃分成六個亞群。所有六個亞群均表達脊索瘤的標誌物TBXT(即brachyury)，也都高表達間質細胞標誌物VIM。此外，研究人員還發現有兩個亞群(cluster 5和6)高表達增殖相關標誌物。
由於SBC對化療和放療的抵抗，研究人員強烈懷疑SBC中存在CSCs。因此，他們利用此前研究總結出的脊索瘤等惡性骨源性腫瘤的幹細胞標誌物，對顱底脊索瘤腫瘤細胞進行幹細胞打分，發現其中一個亞群(cluster 3)在惡性細胞中具有較高的幹細胞特征。
隨後研究人員對各個亞群高表達基因進行通路富集分析，也顯示cluster 3與細胞增殖分化等幹細胞通路顯著相關。同時，研究人員也利用單細胞軌跡分析技術(scVelo)，發現cluster 3在所有惡性細胞中處於前體地位，所以研究人員初步推定其為顱底脊索瘤腫瘤幹細胞簇。
SBC的表達異質性
為了進一步探索該幹細胞簇與脊索瘤放療抵抗的相關性，研究人員對顱底脊索瘤細胞係進行X光照射，並將照光前後的腫瘤細胞進行RNA-seq分析，利用差異表達基因，共富集出3個模塊，其中模塊2富集出的端粒末端組裝(packaging of the telomere ends)通路中的組織蛋白酶L(Cathepsin L, CTSL)，在前述脊索瘤幹細胞簇中也高表達。
後續的體外實驗初步驗證了CTSL的抑製劑(Z-FY-CHO)可以顯著降低脊索瘤細胞係的放療抵抗性，提示CTSL可作為顱底脊索瘤放療增敏劑的潛在靶點。
為了進一步探索顱底脊索瘤腫瘤細胞內潛在的生物學過程及其機製，發現潛在的治療靶點，研究人員利用非負矩陣分解(NMF)對脊索瘤腫瘤細胞進行聚類，發現脊索瘤腫瘤細胞中存在8個模塊。隨後研究人員根據各個模塊的基因表達情況及通路富集情況，分別定義出各個模塊所代表的可能的生物學過程，其中之一就是p-EMT過程，這也是首次明確發現脊索瘤中存在p-EMT過程。
後續為了進一步驗證p-EMT過程的存在及其在脊索瘤中的作用機製，研究人員開展了體外細胞實驗和裸鼠成瘤實驗，並且對187例顱底脊索瘤患者的臨床數據進行回顧性分析。
體外及裸鼠實驗主要針對前述研究發現的TGF-β通路調控的p-EMT過程，研究人員選用了多種TGF-β通路抑製劑，明確了p-EMT與脊索瘤侵襲性的相關性，抑製TGF-β通路可以顯著下調脊索瘤中的p-EMT過程，從而抑製脊索瘤的侵襲性。
回顧性分析納入了2010至2018年間在複旦大學附屬華山醫院神經外科手術的共187例顱底脊索瘤病人，研究人員根據病理組織切片的p-EMT相關標誌物的免疫組化染色結果，將187例患者分為高p-EMT組(94例)和低p-EMT組(93例)。兩組的基線臨床指標沒有顯著差異，結合隨訪信息，研究人員發現高p-EMT組的生存時間(OS)及無進展生存期(PFS)均顯著低於低p-EMT組，提示p-EMT過程與顱底脊索瘤患者預後顯著相關。
在前述所選用TGF-β抑製劑中，YL-13027正處於擬開展I期臨床試驗的階段。於是，研究人員進一步開展了一項I期、單臂、開放標簽的臨床試驗，探索脊索瘤能否作為YL-13027的適應證之一。
此次入組的3名顱底脊索瘤患者在服藥血藥濃度達到穩定後，每隔8周進行磁共振複查。經兩位影像科專家獨立閱片測量後，明確這三名患者服藥後腫瘤生長均得到抑製，相應症狀得到緩解，並且保持了至少6個月的無進展狀態。此期間患者無明顯不良反應。
總的來說，這個研究首次在單細胞層麵發現了顱底脊索瘤中存在的幹細胞亞群及p-EMT過程，並在實驗室中驗證了放療增敏劑及p-EMT抑製劑的治療效果。後續的臨床試驗則進一步證實了p-EMT抑製劑的臨床效果，為脊索瘤的藥物研發提供了新的思路，為脊索瘤患者的治療帶來了新的曙光。
複旦大學附屬華山醫院的張啟麟醫生、韓瑞博士、黃若凡教授、王鏞斐教授、陳宏教授，浙江大學費麗江博士為本研究的第一作者;國家神經疾病醫學中心、複旦大學附屬華山醫院神經外科趙曜教授、浙江大學郭國驥教授為本研究的通訊作者。
參考文獻：
[1].Zhang Q, Fei L, Han R, et al. Single-cell transcriptome reveals cellular hierarchies and guides p-EMT-targeted trial in skull base chordoma. Cell Discov. 2022;8(1):94. Published 2022 Sep 20. doi:10.1038/s41421-022-00459-2
