文摘
胰腺导管腺癌(PDA)的特点是一个非常可怜的预后,因为它通常是在晚期诊断。为了使用工具进行早期检测,更好的理解从它的主要前体PDA发展的早期阶段,胰腺上皮内瘤(PanIN)和导管内乳头状粘液性肿瘤(IPMN)是必要的。最近的研究在小鼠PDA模型已经确定了一个不同的外分泌PanINs和IPMNs起源。在这两个过程,发展途径直接启动的PDA前驱细胞的祖先。综述,总结了当前PDA早期发育的理解。
1。介绍
癌细胞的想法分享属性的胚胎的前辈,科学地讲,古代1]。在过去的十年中,这个概念主要是引发癌症干细胞领域的工作。这一理论可能是有争议的,它是一种解释肿瘤的异质性,和固体肿瘤,特别是胰腺导管腺癌(PDA)异构(2,3]。类似于胚胎发育、肿瘤细胞或至少其中的一个子集,有能力保持无限增长以及细胞的可塑性。终端分化肿瘤细胞最有可能的是不利为了适应原发肿瘤内的充满敌意的环境,循环,或转移性网站。
在胰腺中,不同细胞类型对致癌侮辱港独特的脆弱的感情。最近,有了新的PDA的细胞来源问题。历史上PDA被认为来自胰腺导管上皮细胞。相反,鼠模型显示,导管和腺泡的细胞能够转换成不同的前体病变发展成生物不同的PDA(子集4]。母细胞转换两个过程的特点是去分化与胰腺的元素发展的重演。最近的数据调查Sox9的角色在PDA起始表明导管还泡心细胞(机电)更耐火材料转换由一个突变喀斯特等位基因相比,腺泡的细胞(5]。相比之下,Pten损失导致快速浸润性癌的形成,这是之前的大幅扩张(机电6]。这表明,机电、导管细胞和腺泡的细胞可能有可能发起浸润性癌,但每个细胞上下文可能需要一个不同的基因改变肿瘤起始。特异性诱导不同的致癌突变小鼠可能定义形态学和分子不同的肿瘤,这可能有助于识别人类PDA亚型,对治疗的反应不同。
在下面,我们将给胰腺器官形成的概述和讨论胰腺癌细胞如何利用发展项目在肿瘤起始细胞起源。
2。胰腺形态发生与血统隔离
小鼠胰腺的发展开始约8.5天胚胎(e8.5)在原肠胚形成之后,当一个胰腺和十二指肠同源框1 - (Pdx1)表达(Pdx1+)人口内胚层的肠道内管产生腹侧和背侧胰腺基础(7]。的一个子集Pdx1+细胞起源于腹侧前肠最终失去Pdx1-expression,最终形成肝外胆管(8]。严格的老鼠的基因研究表明Pdx1消融导致胰腺发育不全(9,10]。的Pdx1+多能祖细胞(mpc),周围间质由线索,建立不同的细胞谱系为了生产和消耗消化酶以及维持葡萄糖稳态(11]。
为了执行这些流程,需要三个主要血统:腺泡的细胞,产生大量的消化酶;导管细胞,形成分层管道系统;和内分泌细胞,胰岛的朗格汉斯组织,生产激素如胰岛素、胰高血糖素,胰多肽、生长抑素和生长素。精心设计的遗传lineage-tracing研究使用Cre / LoxP技术提供了洞察这些隔间的时空组织。
例如,顾等人利用Pdx1-CreERTM老鼠Pdx1证明+人口真正港口多能祖细胞因为它莫西芬管理E9.5标签外分泌,内分泌,导管细胞(7]。有趣的是,它是Pdx1的数量+胰腺祖细胞的大小,决定了成年小鼠,这表明它是祖人口的一个固有的程序,而不是增长补偿限制器官大小,像在其他器官,例如,肝脏(12]。除了Pdx1,众多转录因子曾调查发展中胚胎胰腺血统的承诺。略晚于Pdx1 (e9.5 - 10.5), Ptf1a(胰腺转录因子1)表达在mpc,进一步抓住隔离从十二指肠的命运而胰芽外翻13]。当然这两个转录因子是最突出的成员在这个器官形成的早期阶段,称为初级过渡。它是主要的过渡,大约e12.5左右,当原始的树干与连续腔上皮细胞以及tip-structures出现(14]。这个空间tip-trunk组织被认为是伴随着失去multipotency原始管的二次转型的开始(14]。然而,最近的研究,采用Sox9Cre呃以及Hnf1βCreERT2与转录因子本地化,树干,要么证明人口仍港口引起内分泌的能力,腺泡和导管血统在二级过渡到一个不同程度(15,16]。
在成年人的胰腺,在组织稳态条件下,Pdx1变得局限于胰岛素生产β肽维护一个β-cell-phenotype压抑了α细胞程序(17,18),而Ptf1a仍表示只在腺泡的细胞(19]。另一方面,Sox9, Hnf1β仍然表示在导管树包括插入(终端),intralobular,小叶间导管以及主要管(20.]。因此,一组转录因子定义胰腺可塑性或胰腺祖细胞分化能力的时空调控的方式。
成熟这一事实胰腺血统保持一定程度的塑性变得明显nontissue稳态条件,特别是再生和致癌作用,将在下一节中讨论。
3所示。胰腺癌及其前体
PDA的特点是一个极其预后不良,死亡率几乎相当于发病率(21]。好这种情况的潜在原因是早期发现这种疾病的可能性有限,因此,诊断通常仅在晚期,很少,治疗方法存在不足22]。因此,一个更好的理解的初始步骤PDA的发展是很重要的,为了开发新的工具,用于早期检测。此外,破译的因素重要的PDA进展将有助于确定新的治疗方案。
相信PDA可以开发从三个建立前体病变(23]:(i)胰腺上皮内瘤(PanIN)和胆囊病变,(ii)导管内乳头状粘液性肿瘤(IPMN),和(3)粘液性囊性肿瘤(m cn)。这些前体病变的患病率不同;大多数PDA被认为源于PanINs和从IPMN较少,而其中很少(24]。有间接证据PanINs作为PDA的前体,在很大程度上是基于PDA的事实往往是与先进PanIN有关,肿瘤,共同促进基因改变。相比之下,胆囊病变可以直接被确定为PDA的原点在组织学检查和核磁共振扫描或内镜超声等成像技术。成像囊性前体病变的可能性还提供了机会来检测PDA发展之前的前兆。事实上,可能更频繁和更好的诊断成像以及医生的意识,IPMN胰腺病变越来越确定,和理想的管理这些患者仍是一个争论的25]。
有趣的是,PDA与IPMNs相关联有一个更良好的预后比PDA被认为来自PanINs [26- - - - - -28]。潜在的原因不同的生物学行为在很大程度上是未知的。一种可能是不同的基因突变在进化过程中其前体的PDA。事实上,而一个喀斯特突变发生几乎普遍在PanIN启动(29日),喀斯特不太经常突变IPMNs [30.,31日]。相反,IPMNs经常但不是PanINs海港的突变玲娜和RNF43(32- - - - - -34]。除了这种差异,常见的基因改变前体都发现TP53和CDKN2A(看过的小35)和Gnoni et al。24])。
额外的可能性的不同生物学PanIN和IPMN-associated PDA不同细胞起源的前兆。符合这一假说,最近的证据从转基因小鼠模型(GEMM)显示的细胞起源PanINs和IPMNs可能有所不同4,5]。这项工作将在下面讨论。
4所示。从其细胞起源PanIN发展的机制
而有相当大的知识分子和遗传事件在PanIN病变进展,前体启动机制仍知之甚少。从历史上看,PDA及其前体被认为发展从胰腺导管细胞因为有导管形态和表达导管细胞角蛋白19 (CK19)等标记。然而,这个假设被研究在老鼠身上,透露一个挑战PanIN病变(腺泡的来源36- - - - - -38]。
4.1。ADM / ADR:前体的前兆吗?
胰腺腺泡细胞有显著的可塑性已经指出30年前在胰腺炎研究大鼠(39,40]。在这些实验急性胰腺炎引起的重复注射cerulein缩胆囊素类似物,导致胰腺自身消化和明显的炎症反应。发现在回应这种损害腺泡的细胞形成一个瞬态duct-like化生之前完整的器官发生再生。直接在活的有机体内证据的腺泡的来源这腺泡的导管化生(ADM)是在2008年对小鼠胰腺炎模型使用lineage-tracing技术Fendrich et al。41]。ADM的进一步表征表明,它不仅是腺泡和导管的表达差别伴随着对这些标记(例如,CK19)也就是类似于胚胎胰腺祖细胞reexpression胰腺发育的因素,如PDX1 Sox9, Hes1 [41- - - - - -43]。这一过渡阶段应对急性损伤,ADM的duct-like细胞恢复一个腺泡的形态和表达谱(43,44]。与急性损伤,慢性胰腺炎导致ADM的持久性45)和胰腺再生失败。然而,尽管急性和慢性胰腺炎可以诱导duct-like结构来自胰腺腺泡的细胞,都不足以引起PanIN病变本身。
重要的是,一个致癌突变喀斯特可以从腺泡的归纳出ADM细胞像ADM形成针对胰腺炎(37,46]。然而,Kras-induced ADM是持久的,而不是短暂的,也称为腺泡的导管重组(ADR)在这种情况下。除了ADR,腺泡的Kras基因突变能充分的表达诱导PanIN病变(36- - - - - -38,46]。虽然直接lineage-tracing证据丢失,建议Kras-associated ADR发展PanIN病变(47),在某种程度上,因为ADR的关键信号通路的表达细胞是模仿表达式中发现PanIN病变(48]。此外,在小鼠模型的表达突变喀斯特的胰腺病变腺泡的导管改变先于PanIN发展(43,48]。此外,PanINs在老鼠和人类通常与ADM / ADR[领域相关48]。
4.2。腺泡的细胞产生PanINs
在小鼠模型相比,突变体喀斯特期间激活胰腺胚胎发生(49),Kras基因突变表达成熟的腺泡细胞导致PanIN形成但不足以引起PDA (36- - - - - -38,46]。然而,当与慢性胰腺炎相结合,这是一个风险因素PDA的发展(50),Kras基因突变(喀斯特G12V)能够加快前体的形成与发展为癌症(37]。这表明,炎症可以诱发协同protumorigenic配合Kras突变腺泡细胞的变化。胰腺炎野生动物实验显示,这些变化可能包括复活发展因素是重要的Kras-mediated胰腺腺泡细胞的肿瘤转变这将在下面详细讨论(42,43]。
上述研究表明,成人胰腺腺泡的细胞能够形成PanIN病变中Kras基因突变。同样重要的是要注意,导管细胞CK19推销商表达式Kras基因突变的能力,尽管在更低的频率,形成PanIN病变(51]。在科普等人的一项研究调查比较重组成人胰管/机电使用它莫西芬诱导和腺泡的细胞Sox9CreER和Ptf1a克里尔介导重组突变喀斯特(5]。有趣的是,发现胰腺导管细胞包括机电几乎无法变成PanIN病变,而腺泡的细胞容易变成PanIN病变> 100倍效率比导管细胞。科学家在该领域有广泛推测的可能性被机电PanIN和PDAC起源的细胞。然而,仍然不够和机电的隔间,因此,适当的遗传工具来解决这个问题是失踪。总的来说,最近的研究表明,这是一个非常可能的场景和强烈支持模型,至少在小鼠喀斯特模型作为PanIN原点病变腺泡的细胞。这也提示哪些因素是重要的问题为腺泡细胞转变成ADR / PanIN。先前的研究已经告诉我们,重演发展因素是发生在腺泡的变换。其中之一是胚胎转录因子Sox9胰腺祖细胞中表达,成为成人器官(限于导管细胞52]。科普等人研究了如果这个因素不仅是腺泡的细胞发生转变的一个标志,也在这一过程中起着至关重要的作用[5]。为了验证这一点,Sox9被删除从腺泡的细胞表达致癌喀斯特,导致完全堵塞PanIN形成(图1)。亦然,超表达Sox9的致癌喀斯特环境中大幅催化肿瘤出现前的转换。机械化,这是显示异位表达Sox9独自在腺泡的细胞可以削弱细胞完整性的差别就是对这些标记的腺泡的差异化,如Mist1和伴随upregulation CK19导管的因素(5]。有趣的是,之前的研究表明,结合突变喀斯特的删除Mist1也加速形成PanIN病变胰腺(53],进一步强调了稳定的腺泡的分化状态的相关性作为屏障Kras-mediated转换(图1)。
4.3。上皮细胞可塑性
认为腺泡的细胞失去完整性是PDA的先决条件的形成是伴随着发育程序如上所述的出现(44]。这种现象不是独家胰腺癌也出现在其他进程涉及ADM在应对胰腺炎胰腺再生(42]。除了已经提到的Sox9 Pdx1,切口,Shh-signaling等,重新激活后腺泡的隔间内挑战腺使用cerulein [42]。有趣的是,持续的超表达胰腺上皮内的Pdx1通过转基因手段导致ADM的形成表明Pdx1具有驱动作用在腺泡的细胞去分化(54)(图1)。最近,使用一个客观的方法比较基因表达谱的发展中胰腺急性胰腺炎和突变喀斯特借致癌作用显示转录程序共享这些过程(55]。值得注意的是,Prrx1成为监管最严格的转录因子在这个系统。的Prrx1基因编码两种主要的变体,Prrx1a和Prrx1b,由可变剪接56]。值得注意的是,PRRX1B调节在ADM PanINs以及诱发Sox9表达在转录水平从而促进导管表型(55)(图1)。在PDA、剪接变体,Prrx1a Prrx1b,控制不同epithelial-to-mesenchymal过渡(EMT)和反向过程,mesenchymal-to-epithelial过渡(遇到)(Takano Reichert等人未发表的数据)。一般来说,细胞可塑性的程度所示进行EMT的能力/遇到都是胚胎发育的关键(EMT I型),组织再生(EMT II型)和癌症(EMT) (57]。后者两个类型的特点是炎症反应与EMT类型我发现在胚胎(58]。然而,所有亚型的表达式可以被识别EMT-transcription因素(EMT-TFs),包括蛞蝓,蜗牛,扭曲,塔尔·[59]。有趣的是,鼻涕虫已经发现配合Sox9在促进乳腺癌细胞的致瘤性60]。
4.4。腺泡的细胞在人类胰腺癌起始
总之,小鼠的研究已经确定了腺泡的细胞作为PanIN病变的起源和强调在这一过程中发展因素的作用。一个开放的问题是,如果这些研究在小鼠模型适用于在人类胰腺癌启动的情况。虽然直接证明是不可能的在活的有机体内人类胰腺腺泡的细胞转变成PanINs,有证据表明,这个过程可能也适用于人类胰腺癌生成。在体外研究表明,人类胰腺腺泡的细胞有一个类似的可塑性,小鼠的同龄人,和容易transdifferentiate成duct-like细胞在文化61年]。施等人研究了人类胰腺标本,如果启动致癌Kras突变可以检测腺泡的细胞在靠近ADM / PanIN [62年]。虽然作者无法检测腺泡的细胞中Kras突变和ADM的偏远地区,如PanINs也相邻ADM领域表现出高频率的突变喀斯特。这个数据可以解释,ADM毗邻PanIN代表后者的逆行扩展,因此不会支持一个PanINs腺泡的起源。然而,这是可以想象的,是不可能检测突变喀斯特形态正常腺泡的细胞,因为Kras突变腺泡的细胞可能立即transdifferentiate ADM在人类和Kras突变ADM可能有高倾向立即PanIN病变的形成。
腺泡的起源假说还支持全基因组关联研究,发现频繁的单核苷酸多态性(snp)在胰腺发育因素与胰腺癌有关。这些不仅发育因素组成PDX1而且腺泡的分化的重要监管机构HNF1A和NR5A2(63年,64年]。Nr5a2的角色在维持一个稳定的腺泡的分化状态,防止Kras-driven PanIN形成后来证明在对小鼠的研究中(65年,66年)(图1)。这些调查支持确认单核苷酸多态性的相关性NR5A2作为胰腺癌易感性病变,进一步表明腺泡细胞的作用在人类肿瘤出现前的转换。
5。发展IPMN从其细胞来源
而PanINs和PanIN-PDA详细研究了,在某种程度上,由于流行GEMM概括PanIN-PDA形成(67年,68年)的分子性质IPMN特点得不够好,而且一些合适的小鼠模型研究IPMN-PDA发展发展(69年,70年]。在人类,IPMNs宏观上囊性损伤胰腺内发展的主要和/或分支管道系统和显示一个直接连接到管道。这一事实和导管形态导致导管细胞的细胞起源的假设这前体病变。然而,lineage-tracing小鼠模型的研究已经受到缺乏合适的诱导Cre行,允许重组专门在成人管细胞。因此,证明一个导管肿瘤出现前的病变在小鼠模型的起源IPMN已经不可能。
最近这样的duct-specific可用性Cre线,这是在研究小说的IPMN GEMM肿瘤出现前的病变在这个特殊的模型来自导管细胞(4]。在最初的实验中,结果表明,胚胎胰腺特定删除(Ptf1aCre)的缺失,开关的催化亚基/蔗糖nonfermentable(瑞士/ SNF)染色质重塑复合物,结合表达Kras基因突变导致的形成囊性肿瘤病变在成年老鼠与人类IPMNs [4]。这只老鼠忠实地重现人类IPMN-PDA发展模式和反映人类的情况更少的恶性生物学行为与PanIN-PDA相比。接下来,这是审问,在这个模型中,导管和腺泡的原产地IPMN病变是否通过Cre行,允许特定的重组缺失和变异喀斯特成人腺泡的等位基因(Ptf1a克里尔)或导管(Hnf1βcreERT2)细胞4]。这些实验表明,缺失删除呈现成年导管细胞敏感Kras-mediated转换显示管道异型性的发生和病变,和IPMNs相似。相比之下,缺失的上下文中删除在成人腺泡的细胞突变喀斯特此外,没有导致IPMN形成和PanIN形成受阻。这表明缺失在PDA前体中扮演着双重角色发展通过抑制管转换IPMN和促进腺泡的转换PanIN上下文中的一个致癌突变的刺激喀斯特(图1)。
这项研究给了第一个导管细胞的实验证据可以作为原点IPMN病变和强调在这一过程中染色质重塑的相关性。在随后的工作中,罗伊等人调查这个观察的机械基础(71年]。发现突变体的组合喀斯特和损失的缺失导致胰管的成熟的导管细胞去分化称为“导管退步。“导管退步的特点是减少导管分化成熟的标志的表达和胰腺祖upregulation Pdx1等因素。的一个表达下调导管标记Sox9。从力学上看是显示异位表达Sox9的上下文中结合突变喀斯特/缺失损失预防导管退步和IPMN形成(图1)。在导管的upregulation Pdx1退步镜子表达模式在胰腺腺泡细胞损伤或Kras-mediated去分化。这Pdx1作为一个独特的腺泡和导管细胞转化的因素。因此,未来的研究需要探索功能Pdx1在这个过程中的作用和抑制这个祖因子是否能防止PanIN和IPMN的形成。
6。结论转化方面
与其他一些癌症,胚胎像TGF信号通路βWnt -β- - - - - -连环蛋白和刺猬单独不充分的PDA的起始44]。虽然原始的导管的表达程序可以启动,一个致癌的侮辱,经常Kras突变和本构活跃,需要驱动胰腺癌进展。很明显,腺泡的细胞显示细胞可塑性的最高学位,以采用一种未分化的祖状态在炎症或致癌刺激。同时,越来越清楚的是,尽管形态相对均匀,PDA代表了一种极其复杂的疾病。在胰腺癌研究领域,我们落后的亚型识别与其他固体癌症实体,例如,乳腺癌。细胞的起源或前体类型导致PDA对PDA患者的预后有重大的影响。这不仅表明,给定癌细胞的基因组成,但其原始血统扮演重要的角色。我们的知识在很大程度上推动了小鼠模型的胰腺癌,但为了解决这种疾病的复杂性,人类模型系统是必要的。例如,金等人使用一个优雅的多能干细胞的方法重组人类PDA细胞为了概括人类疾病进展(72年]。央行等人的另一项研究表明,一个organoidculture系统建立手术标本或内镜活检材料生长在一个三维矩阵可能是一个有用的工具来解决这一问题的复杂性(73年]。此外,该模型系统港口机会测试个性化治疗胰腺癌患者,甚至可能在真正的时间。
一般来说,小鼠模型大大促进了我们对PDA生物学的几乎所有方面的理解。然而,到目前为止,我们没有能够利用这些知识以提高PDA患者的护理。胰腺癌治疗的最新进展已生成的不是分子定义策略,而是务实的方法使用剧毒化疗方案(74年)或增加建立了细胞毒性药物的传递(75年]。
PDA的遗传异质性和腺内的隔间定义不同的致癌的易感性使这种疾病的临床医生所说的“变色龙”;一种疾病与许多面孔,PDA,相反,可能代表许多疾病具有相同的外观。因此,个体化治疗考虑各自的肿瘤的突变景观需要发达国家和一个更深刻的理解细胞可塑性和调节遗传因素在胰腺癌生成是必需的。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者表达他们的感谢本(宾夕法尼亚大学)z陌生人评论这篇评论的发展部分。这项工作得到了国家胰腺基金会(马克西米利安Reichert),德国癌症援助基金会(Max-Eder计划,111273年德意志Krebshilfe马克西米利安Reichert),在胰腺疾病和AGA-Actavis研究奖(马克西米利安Reichert)。圭多·冯·Figura得到了德意志Forschungsgemeinschaft (FI 1719/1-1和FI 1719/2-1)。亚历山大Kleger得到了德意志Forschungsgemeinschaft (KL 2544/1-1)和巴登-符腾堡州Stiftung (Eliteprogramme博士后)。亚历山大Kleger Elser-Kroner-Fresenius-Memorial研究员。