摘要：在人体的微观世界里，细胞们有着各自既定的“职业道路”，比如乳腺腺体中的基底细胞通常负责提供结构支持，而腺泡细胞则主要负责分泌乳汁。但科学家们发现，这些细胞的命运并非一成不变。在某些信号的引导下，基底细胞可以“转行”成为腺泡细胞。这种细胞命运的转变，就像是一场精
在人体的微观世界里，细胞们有着各自既定的“职业道路”，比如乳腺腺体中的基底细胞通常负责提供结构支持，而腺泡细胞则主要负责分泌乳汁。但科学家们发现，这些细胞的命运并非一成不变。在某些信号的引导下，基底细胞可以“转行”成为腺泡细胞。这种细胞命运的转变，就像是一场精心编排的“变身秀”，背后隐藏着复杂的生物学机制。
最近，一项新的研究深入探索了这一“变身”过程的关键因素——Notch1信号通路。研究人员发现，当Notch1信号被激活时，基底细胞会经历一系列复杂的转变，最终成为腺泡细胞。这一过程不仅涉及到细胞内部基因表达的改变，还与细胞的增殖密切相关。
这一发现不仅让我们对乳腺细胞的可塑性有了更深入的认识，也为理解乳腺癌等疾病的发生机制提供了新的线索。
文章介绍
题目：Notch诱导的乳腺基底细胞系谱转换和可塑性的转录图谱
杂志：EMBO Journal
影响因子：IF=9.5
发表时间：2025年4月
#1
研究背景
Background
乳腺腺体由多能乳腺干细胞（MaSC）分化而来，这些干细胞在胚胎发育中分化为基底细胞（BC）和腺泡细胞（LC）。成年乳腺干细胞在非生理条件下可重新激活多能性，表现出高度可塑性。
Notch1信号通路是细胞命运决定的关键调控因子，控制多种组织中的细胞分化。此前研究发现，Notch1在小鼠乳腺腺体中激活可触发BC向LC命运转换，但成年人乳腺BC在Notch1激活后的命运转换机制尚不清楚。
本研究通过单细胞转录组分析和3D类器官培养技术，深入探究Notch1信号通路在成年人乳腺BC命运转换中的作用机制，揭示BC向LC命运转换的动态过程及细胞增殖的作用，并探索其与乳腺癌发生之间的潜在联系，为癌症治疗提供新靶点。
#2
研究思路
Methods
动物模型和细胞培养：研究者使用了多种转基因小鼠模型，通过诱导性表达Notch1的内源性部分（N1ICD）来激活Notch1信号通路，并观察其对乳腺BC命运的影响。还利用3D类器官培养技术来模拟体内环境，研究细胞命运转换。
单细胞转录组分析：通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，对不同阶段的乳腺细胞进行了转录组分析，以揭示细胞身份变化的动态过程。
基因调控网络分析：使用SCENIC算法分析转录因子调控网络，识别在细胞命运转换中起关键作用的转录因子及其靶基因。
#3
研究结果
Results
1. 异位Notch激活诱导四种不同双层上皮细胞命运转换
研究通过小鼠模型证明，Notch信号的组成性激活可导致乳腺BC逐渐转变为LC。在诱导后3周，细胞共表达基底和管腔标记，类似胚胎多能干细胞。6周后，几乎所有突变细胞均转变为管腔细胞。
Notch信号对干细胞命运决定至关重要。研究还发现，在唾液腺、泪腺和前列腺中，Notch激活同样诱导单能性成年BC转变为管腔细胞，表明Notch信号在多种腺上皮组织中是管腔细胞命运的广泛决定因素（图1）。
图1
2. 中间乳腺细胞具有杂交转录特征
研究通过功能获得突变小鼠模型，发现成年组织中的单能基底祖细胞具有高度可塑性，可在Notch信号激活后改变命运。为深入了解Notch诱导的细胞命运转换机制，研究者对乳腺BC、中间细胞和LC进行了单细胞RNA测序。
分析发现，中间细胞（INT1和INT2）具有基底和管腔标记物的混合特征，表明细胞命运逐渐转变。与胚胎多能祖细胞相比，这些中间细胞更接近青春期终末芽中的未成熟细胞，而非胚胎多能性状态。
此外，妊娠期细胞与中间细胞的比较也显示了类似的低分化特征。这些结果表明，Notch激活诱导的中间细胞状态具有独特的转录特征，与胚胎多能性不同，但类似于青春期和妊娠期的未成熟细胞状态（图2）。
图2
3. 从BC到LC进化谱系的转录景观
研究通过弹弓轨迹分析研究了BC向LC命运转变过程中的转录变化，发现存在两条独立轨迹，分别终止于HRneg和HRpos管腔细胞。重点关注BAS到HRneg的轨迹1，发现基础标记物（如Acta2和Krt5）逐渐下调，而管腔基因（如Krt18和Fcgbp）逐渐上调。
分析显示，谱系转换是一个渐进的转录变化过程，涉及基础基因的早期下调、细胞粘附特性修饰、增殖、管腔表型逐步获得，以及管腔标记物的最终稳定表达。这一过程需要转录程序的逐步和异步变化，部分基础基因早期被抑制，而其他基因则需要更长时间才能完全下调（图3A-C）。
图3
4. 基因调控网络分析揭示了过渡细胞的分子特征
通过SCENIC分析，研究进一步探讨了细胞命运转换过程中的调节机制，识别了各细胞簇中的活性调控子。结果显示，HRpos管腔细胞中Pgr调控子活性升高，HRneg管腔祖细胞中Foxc1活性升高。
INT1簇的调控子与BC身份有显著重叠，而INT2簇的调控子与HRneg簇共享。谱系转换的早期步骤涉及抑制基础调控（如Trp63和Trp73），随后是管腔特异性调控（如Jun或Stat6）的稳定增加。
此外，INT2细胞中特有的Brca1、E2f8和E2f1调控子与增殖增加有关，表明谱系转换涉及增殖特征的激活，特别是在INT2细胞中（图3D-E）。
5. 细胞增殖是细胞身份转换的必要条件
通过单细胞RNA测序分析，研究发现经历细胞命运转变的细胞主要属于INT2簇，具有高细胞周期评分和增殖相关调控子上调。实验表明，青春期前小鼠的乳腺细胞在Notch激活后6周内完成从BC到管腔细胞的转变，而成年小鼠中约30%的BC在6周后仍未转变。青春期细胞增殖更频繁，因此转变速度更快，这一差异与重组率无关。
研究假设细胞身份转换需要增殖细胞通过产生管腔子细胞来响应Notch激活。体外3D类器官实验显示，Notch激活后，乳腺、唾液腺、泪腺和前列腺类器官中的BC快速转变为管腔细胞，且增殖抑制剂（如Aphidicolin和U0126）可显著阻碍这一转变。
此外，通过延时显微镜观察发现，突变细胞在进入细胞周期的同时从基底位置移动到管腔位置，表明Notch1诱导的谱系转换需要细胞进入有丝分裂的能力，且存在中间亚稳态过渡（图4-5）。
图4
图5
小结
本研究揭示了Notch1信号通路在乳腺BC向LC命运转换中的关键作用。研究发现，Notch1激活后，BC会经历一个渐进的过程，先形成共表达基底和腺泡标记的中间细胞状态，最终转化为LC。
此外，细胞增殖是完成这一命运转换的必要条件。这些结果不仅增进了我们对乳腺细胞可塑性的理解，还为研究乳腺癌等疾病提供了新的视角，因为Notch1信号通路在癌症中常常异常激活。
未来的研究可以基于这些发现，探索调控细胞命运转换的新策略，为相关疾病的治疗提供理论支持。
参考文献
Merle C, Rodrigues C, Pourkhalili Langeroudi A, Journot R, Rost F, Dang Y, Rulands S, Fre S. Transcriptional landscapes underlying Notch-induced lineage conversion and plasticity of mammary basal cells. EMBO J. 2025 Apr 4. doi: 10.1038/s44318-025-00424-1.
来源：培养盒守护者
