Adv Sci | 为什么肿瘤会“出芽”？患者来源TBO模型揭示口腔鳞癌侵袭前沿的新机制

病理医生在观察口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）切片时，常会特别关注一种位于肿瘤侵袭前沿的微小结构——肿瘤出芽（Tumor Budding，TB）。这些由单个或少于4个肿瘤细胞组成的小细胞团虽然体积微小，却与淋巴结转移、治疗耐药及患者预后密切相关，因此已成为国际病理学评价OSCC侵袭能力的重要指标。

然而，一个长期困扰研究者的问题始终没有答案：这些“出芽”的肿瘤细胞究竟是如何形成的？过去二十余年，研究者积累了大量关于TB临床意义的证据，却始终缺乏能够动态重建肿瘤出芽全过程的实验模型。因此，肿瘤细胞如何与周围基质细胞协同完成这一侵袭事件，一直缺乏直接证据。

近日，上海市口腔医院（复旦大学附属口腔医院）刘婷姣团队与复旦大学附属中山医院季彤团队合作，在Advanced Science发表题为PDGFRα+/Integrin α2+ Fibroblasts Orchestrate Tumor Budding in Oral Squamous Cell Carcinoma via Mechano-Metabolic Symbiosis: E-Cadherin/Integrin α2β1 Adhesion and Mitochondrial Transfer的研究论文。研究团队构建了患者来源肿瘤出芽类器官（Tumor Budding Organoid，TBO）模型，并借助这一平台揭示了癌症相关成纤维细胞（Cancer-associated fibroblasts ，CAFs）通过机械力传递与线粒体转运协同驱动肿瘤出芽的新机制，为研究OSCC侵袭及精准治疗提供了新的实验平台。

为什么肿瘤出芽研究一直停留在“静态”？

如果把肿瘤侵袭比作一场持续推进的“前线战役”，那么肿瘤出芽便是这场战役真正开始的地方。

TB发生于肿瘤侵袭前沿，是肿瘤细胞突破原有组织结构、获得迁移能力的重要标志。近年来，越来越多的临床研究证实，TB水平越高，患者发生淋巴结转移、局部复发及远处转移的风险越高。因此，它不仅是一项重要的病理指标，也成为理解OSCC侵袭生物学的重要切入点。然而，TB本质上是一个动态事件，而现有研究手段却大多只能记录其“终点”。

传统病理切片能够观察到已经形成的TB，却无法回答其形成过程；二维培养难以重建真实的三维微环境，而常规患者来源类器官又普遍缺乏CAFs等关键基质成分，因此难以模拟肿瘤侵袭前沿复杂的细胞互作。研究TB，真正缺少的不是新的标志物，而是一个能够真实重建其形成过程的模型。

一个新的模型，让肿瘤出芽“动起来”

围绕这一瓶颈，研究团队建立了患者来源Tumor Budding Organoid（TBO）模型。

不同于传统PDO主要由肿瘤细胞组成，TBO整合了患者来源OSCC细胞与CAFs，在模拟细胞外基质的三维环境中重建了肿瘤巢与基质之间的空间结构，使肿瘤出芽能够在体外持续发生。

借助实时活细胞成像，研究人员连续记录了肿瘤出芽形成的全过程：CAFs首先迁移至肿瘤巢边缘，与肿瘤细胞建立稳定接触；随后伴随CAFs细胞一起向远处侵袭，形成典型的Tumor Budding结构。更重要的是，TBO不仅能够长期稳定培养，还兼容单细胞RNA测序、原位测序、多重免疫荧光及药物检测等多种分析手段。它让肿瘤出芽第一次从病理切片上的“静态图像”，转变为可以实时观察和功能干预的动态生物学过程。

TBO揭示：驱动肿瘤出芽的是“力学-代谢”协同作用

依托TBO平台，研究团队进一步结合单细胞RNA测序、原位测序以及功能实验，对肿瘤侵袭前沿进行了系统解析。

研究发现，一类富集于肿瘤出芽区域的PDGFRα⁺/Integrin α2⁺ CAF亚群，是驱动TB形成的重要细胞群。进一步研究显示，这一CAF亚群并非单纯通过分泌因子调控肿瘤，而是通过两种协同机制共同促进肿瘤出芽。一方面，CAFs通过Integrin α2β1与肿瘤细胞表面的E-cadherin形成异型黏附，将力学信号传递至肿瘤细胞，激活YAP介导的侵袭程序。另一方面，CAFs通过隧道纳米管（Tunneling nanotube , TNT）向肿瘤细胞转运功能性线粒体，提高氧化磷酸化水平和ATP生成能力，为持续侵袭提供代谢支持。基于这一发现，作者提出了“Mechanical-Metabolic Symbiosis（力学-代谢协同）”概念，用于描述CAFs与肿瘤细胞之间力学信号与代谢支持相互耦联的新型互作模式。

一个模型，或许比一个机制更重要

对于这项工作而言，机械-代谢共生机制无疑丰富了人们对肿瘤侵袭前沿的认识，但从领域发展的角度来看，TBO模型的建立可能具有更加深远的意义。

长期以来，关于肿瘤出芽的研究主要依赖病理观察和终点分析，而TBO为研究者提供了一个能够动态重建侵袭前沿的实验体系。这一平台不仅能够用于解析肿瘤细胞与CAFs之间的互作，还具有进一步整合免疫细胞、血管内皮细胞等微环境组分的潜力，为研究更加复杂的肿瘤生态提供了可能。

未来，研究团队计划进一步构建Immuno-TBO模型，引入免疫细胞，探索OSCC侵袭前沿的免疫逃逸机制，并用于患者来源药物筛选和免疫治疗反应预测，推动类器官模型向精准医学应用迈进。从这个意义上说，这项工作不仅揭示了一种新的生物学机制，更提供了一个可以不断拓展的研究平台。

“肿瘤出芽一直是病理学上评价侵袭能力的重要指标，但过去我们更多是在切片中观察它，而缺少一个能够动态重建其形成过程的实验模型。建立TBO模型的初衷，就是希望搭建一个更加接近真实肿瘤微环境的平台。借助这一模型，我们不仅解析了CAFs促进肿瘤出芽的机械-代谢共生机制，更希望未来进一步构建Immuno-TBO模型，探索免疫逃逸及免疫治疗反应差异，并推动患者来源类器官在精准医学中的应用。”

本文的第一作者是刘玉芳，通讯作者是刘婷姣教授和季彤教授。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.76385

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