不同EMT程序驱动的肿瘤异质性
上皮-间质转化（EMT, Epithelial-Mesenchymal Transition）是一个错综复杂的细胞生物学过程，其间，上皮细胞经历了一系列转变，不仅下调了其原有的上皮特性，还逐步获得了间质细胞的特征。这一过程在组织的修复再生以及胚胎的正常发育中扮演着重要的角色。此外，EMT还与多种病理状态紧密相关，尤其是器官纤维化及肿瘤的发生发展。
传统观念曾认为，EMT是一个单向且不可逆的细胞状态转变，即上皮细胞完全转化为间质细胞。然而，随着研究的深入，逐渐认识到，细胞在这一转化过程中往往展现出上皮与间质特性的混合状态。这种兼具上皮与间质身份的中间细胞谱系，被命名为部分EMT（partial EMT）。
值得注意的是，部分EMT与两种截然不同的表型紧密相关：在器官纤维化中，它通常与非侵袭性表型相伴出现；而在肿瘤的恶性进展中，则更多地与侵袭性表型相关联。尽管如此，关于如何精准调控这两种部分EMT状态，以及它们在如何根据环境变化调整细胞可塑性、进而驱动肿瘤展现出多样恶性特征方面的具体机制，目前尚不完全清楚。
在发表于《Nature Cancer》的一项研究中，Youssef及其团队利用TGFβ处理，成功诱导了两种上皮细胞系发生EMT，从而生成了具有鲜明特征的细胞系：一种是表现出稳定部分EMT表型的MDCK-II细胞系，另一种是呈现完全EMT表型的MDCK-NBL2细胞系。在这两种细胞系中，SNAIL1作为EMT调控转录因子（EMT-TF）的核心成员，发挥着先导性的上游调控作用。而另外两种EMT-TF，即PRRX1和TWIST1，则特异性地在经过EMT处理的MDCK-NBL2细胞中高度表达，彰显了它们在完全EMT过程中的独特地位。
通过转录基因本体分析（transcriptional gene ontology analysis），研究者们发现，经历完全EMT的细胞中显著富集了与发育和侵袭性相关的基因程序，这进一步揭示了EMT在肿瘤恶性进展中的潜在作用。为了更深入地探索这一发现，研究者们利用在TGFβ处理的MDCK-NBL2细胞中富集的基因，对基底样乳腺肿瘤细胞系进行了精细分类，成功区分出侵袭性和非侵袭性亚型，并识别出与侵袭性紧密相关的基因特征。
为了将这一侵袭性特征置于胚胎EMT和侵袭性的更广阔背景下进行研究，研究者们进一步分析了来自胚胎小鼠神经脊（embryonic mouse neural crest）的单细胞RNA测序数据。他们构建了伪时间细胞迁移轨迹，并观察到侵袭性特征与PRRX1的激活在神经脊细胞向间质表型转变的过程中显著富集。这一发现不仅揭示了PRRX1在胚胎发育过程中的重要作用，也暗示了其在肿瘤侵袭性EMT中的潜在功能。
为了验证这一假设，研究者们通过基因沉默技术，发现PRRX1的缺失能够阻止TGFβ处理后的MDCK-NBL2细胞向完全EMT的进展，并在TGFβ处理后沉默PRRX1时，能够将已发生的完全EMT逆转为部分EMT。此外，他们还在MDCK-II细胞中异位过表达PRRX1，结果观察到细胞侵袭性显著增加。这些实验证据有力地证明，PRRX1是调控TGFβ处理诱导的侵袭性EMT进展的关键因子。
为了深入探究部分及非侵袭性EMT，Youssef及其研究团队采用了一种经典的肾间质纤维化模型——单侧输尿管梗阻（UUO, unilateral ureteral obstruction）。在此模型中，肾小管上皮细胞在SNAIL1的驱动下，经历了部分EMT的转变，然而，这些细胞并未获得侵袭性能力。为了更全面地理解这一过程中的细胞变化，研究者们对UUO模型及假手术肾脏进行了高精度的单细胞RNA测序。他们成功地描绘出了一条从未受损的分化型近端小管细胞向受损去分化型近端小管细胞转变的清晰轨迹，这一转变与损伤诱导的EMT程序激活紧密相关。
研究进一步揭示，该EMT程序在参与炎症及损伤反应的基因中呈现出显著的富集现象，这与先前在神经脊及TGFβ处理的MDCK-NBL2细胞中观察到的侵袭性特征截然不同。值得注意的是，尽管在UUO损伤的上皮细胞中，多个EMT-TF展现出了活性，但PRRX1却并未被激活。这一系列发现有力地证明，在成人未转化细胞中，损伤可以诱导出一种非侵袭性的、以炎症为主导的部分EMT程序。
在成功表征了非肿瘤背景下的部分非侵袭性EMT及完全侵袭性EMT之后，研究者们将目光转向了更为复杂的MMTV-PyMT小鼠乳腺癌模型，这一模型能够发展为侵袭性及转移性肿瘤。通过对MMTV-PyMT肿瘤的单细胞转录组进行深入剖析，研究者们发现了一种共同的去分化状态。随后，肿瘤细胞沿着两条截然不同的EMT轨迹继续分化。其中，EMT轨迹1（EMT-T1）中的细胞获得了与间质迁移神经脊细胞相似的完全EMT基因表达特征，特别是PRRX1的激活，这一特征与促进细胞扩散的表型高度吻合。而相比之下，EMT轨迹2（EMT-T2）中的肿瘤细胞则展现出了与肾纤维化中观察到的炎症性部分EMT表型相似的特征。这些细胞保留了上皮基因的表达，同时激活了SNAIL1，但并未见其他EMT-TF的激活。