實驗室介紹
楊教授的系列轉譯研究成果，對於臨床上頭頸癌病因的深究以及診治之應用有以下具體貢獻：(1) 頭頸癌重要臨床特徵為局部快速增長、缺氧及大量血管新生，楊教授的研究成果闡述了腫瘤快速增生缺氧造成惡化的機轉(Nat Cell Biol 2008; Nat Cell Biol 2010)；(2) 頭頸癌的高度局部侵犯性但鮮少發生全身瀰漫性轉移是相當具特色的臨床特徵，但過去並無針對頭頸癌此一特徵探究深入機轉之研究。楊教授深入研究不同腫瘤細胞移動方式與臨床轉移模式的關聯，發現頭頸癌高局部侵犯性與區域淋巴轉移的關鍵機轉(Nat Cell Biol 2012; Nat Commun 2018; Nat Cell Biol
2019)，並進行抑制局部侵犯特性的藥物研發(Oncogene
2016)；(3)頭頸癌為局部顯著發炎之腫瘤，楊教授揭櫫頭頸癌惡化造成微環境重塑之機轉(Cancer Cell 2014; Nat Commun 2018)，並已技轉開發雙特異性抗體至重要階段，可望對於頭頸癌免疫治療有直接貢獻；(4) 針對頭頸癌最重要之標靶治療cetuximab產生續發性抗藥性的特有機轉深入研究(Clin Cancer Res 2017)，研究成果並獲台美專利及技轉，目前開發抗體鏈結之訊息阻斷胜肽中，可望對於頭頸癌標靶治療之強化有重要貢獻；(5) 以頭頸癌及大腸直腸癌為標的疾病，闡述不同腫瘤之癌症幹細胞具不同轉錄及表觀基因特徵(Nat Cell Biol 2014; Cell Rep 2016; Theranostics 2020)，對於臨床腫瘤學在針對不同癌症特性之標靶治療研發有貢獻。另外，楊教授對於深究腫瘤微環境中，癌細胞與先天免疫細胞反應之交互作用，包括巨噬細胞(Cancer Cell 2014; Neoplasia 2018; J Immunother Cancer
2021)，嗜中性球(J Hematol Oncol
2019; Int J Cancer 2019)，這對於監測免疫治療反應以及設計合併免疫標靶治療均有重要性。
研究主題 (一) 上皮間質轉化誘發癌症幹細胞之機轉
上皮細胞間質轉化(epithelial-mesenchymal
transition，EMT)是癌症轉移的關鍵機制。EMT可透過TGFb，EGFR訊息途徑，Wnt訊息途徑，或是腫瘤細胞缺氧所誘發。癌細胞發生EMT時，轉錄因子Snail或Twist透過抑制細胞間結合蛋白E-cadherin的表現，使癌細胞間結合降低而產生具高度侵犯性與移動力之癌細胞，促進癌細胞脫離原發腫瘤而產生轉移。近年研究發現，EMT可誘發癌細胞產生幹細胞特性，而癌症幹細胞是癌症復發、轉移，以及治療抗藥性的最重要因子之一。
EMT誘發癌症幹細胞可解釋轉移癌為何遠較原發癌惡性，但分子機制仍不清楚。我們近年針對EMT誘發之癌症幹細胞進行一系列研究。我們發現，在頭頸癌細胞中，EMT誘發因子Twist可誘發幹細胞基因BMI1之表現，而Twist與Bmi1會協同抑制E-cadherin的表現。這個研究發現了EMT誘發癌症幹細胞之密切關連之分子機制我們進一步發現，Twist與Bmi1協同作用，可透過抑制微型RNA let-7i之表現，誘發癌症幹細胞產生間質型運動。這個研究闡明了癌症幹細胞具高度侵犯性之原因。我們最近的研究進一步發現，EMT調控因子Snail可透過微型RNA146a誘導癌症幹細胞產生對稱性分裂，使癌症幹細胞數量增加，導致腫瘤惡化。臨床分析發現，在大腸癌中，Snail誘發微型RNA146a表現與標靶藥物cetuximab抗藥性有高度關聯，且與另一抗藥標記KRAS之表現無關。綜上所述，我們認為EMT是癌症轉移與幹細胞產生的關鍵現象，且與標靶藥物抗藥性有密切相關，而EMT誘發之微型RNA表現變化則是關鍵機制。未來設計針對產生EMT之癌細胞的治療，將可能對晚期轉移癌症治療有所助益。
研究主題 (二) 上皮間質轉化調節腫瘤免疫微環境之機轉
腫瘤改造周圍環境拚生存，我們近期研究也針對腫瘤細胞與腫瘤附近的微環境進行研究。惡性腫瘤的組成，包括種子（癌細胞）與土壤（宿主細胞）兩大部分，亦即除了癌細胞外，尚需許多其他種類的細胞共同形成腫瘤，這些細胞包括宿主之免疫細胞、血管內皮細胞、纖維母細胞等等，此即腫瘤生物學中重要的「種子與土壤」理論。因此，腫瘤細胞能躲過患者免疫系統監控持續生長，甚至重塑腫瘤微環境，使宿主細胞由「敵人」變為有利於腫瘤細胞的「戰友」，也是腫瘤惡化的關鍵。但是腫瘤轉 移時，這些經過EMT更加惡化的腫瘤細胞，如何反客為主，改造腫瘤微環境，仍多有未知。我們發現，當腫瘤處於一種輕微發炎狀態時，腫瘤壞死因子（TNFa）可促進EMT誘發因子Snail的乙醯化（acetylation），而這個訊號乃是誘發腫瘤微環境重塑的關鍵。
乙醯化的Snail會誘發腫瘤分泌包括TNFa，CCL2，以及CCL5等多種細胞激素吸引宿主巨噬細胞（macrophages）於腫瘤處聚集。巨噬細胞原本是具有吞噬外來病原的免疫細胞，但腫瘤處聚集之巨噬細胞，經癌細胞之影響後，反而促進腫瘤之血管新生與惡化。 我們進一步想瞭解乙醯化Snail是否也調節了的巨噬細胞的功能。發炎小體 (inflammasome)是免疫細胞負責發炎反應的蛋白多聚體。我們的實驗結果顯示，表達Snail的癌細胞會分泌含miR-21的外吐小體 (exosome)，通過破壞巨噬細胞的NLRP3聚合體來抑制發炎小體。詳細機制如下，miR-21 透過抑制 PTEN 和 BRCC3 以促進 NLRP3 磷酸化和泛素化，從而抑制 NLRP3 發炎小體的組裝。 此外在頭頸癌患者中，Snail的高表達與化療較差的反應有相關。此結果不但對腫瘤微環境的科學認識提供重要見解，並提供頭頸癌治療抗性產生的可能性以及應對策略。
研究主題 (三) 上皮間質轉化因子調控的集體細胞移動與循環腫瘤細胞之機轉
上皮間質轉化（EMT）是癌症傳播的關鍵機制。然而在臨床樣品中很難檢測到EMT調節的單個癌細胞侵襲。新興證據表明，EMT與未知機制導致的集體細胞遷移和侵襲有關。我們顯示EMT轉錄因子Snail通過誘導緊密連接蛋白claudin-11的表達引起鱗狀細胞癌的集體遷移。從機理上講，酪氨酸磷酸化的claudin-11激活Src，從而通過p190RhoGAP抑制細胞間連接處的RhoA活性，從而保持穩定的細胞間接觸。在頭頸癌患者中，Snail-claudin-11軸提示循環腫瘤細胞簇的形成，這與腫瘤的進展十分相關。Snail的過度表達與claudin-11的增加有關，並且兩者都與較差的結果有關。該發現通過非單一細胞運動的癌症進展，擴展了對EMT介導的細胞遷移的當前理解。
研究主題 (四) 鐵凋亡誘導的腫瘤發炎反應與提高免疫治療療效之機轉
鐵凋亡是近年來注目的新形態細胞死亡方式，它是由於鐵相關代謝機制對於膜脂質的氧化作用無法排除時而造成的膜結構崩解之死亡型態，對於癌症治療方面，研究發現抗藥性型態(Drug-resistant)以及上皮間質轉化型態(EMT)的癌細胞對於鐵凋亡有著更高的敏感度， 於是鐵凋亡在近期被認為是治療惡性癌症的重要利器. 由於鐵凋亡造成的細胞破裂方式會使癌細胞釋放出許多具有活化免疫細胞的相關因子，如HMGB1.因此這樣的細胞死法除了造成癌細胞本身的影響外，也被認為是免疫性的細胞死亡方式(Immunogenic cell death)。
我們團隊在鐵凋亡的研究中從頭頸癌的病人檢體資訊出發，發現了在腫瘤侵犯邊緣以及淋巴轉移位有著顯著的鐵凋亡特徵與發炎特徵的提升，而研究團隊進一步利用空間轉錄分析工具研究腫瘤內部到外部的鐵凋亡特徵與發炎特徵也得到同樣的結論。進一步研究團隊想找出鐵凋亡訊息所調控的重要發炎分子，經過病人檢體以及細胞株誘導鐵凋亡藥物後的轉錄體分析交叉分析後，發現一個重要的免疫檢查點分子PD-L1有顯著提升. 而研究團隊下一步也在動物模型中驗證鐵凋亡對於免疫微環境有活化的作用，並且透過高通量多光譜全景組織切片掃描暨分析系統(Vectra Polaris)分析頭頸癌病人組織切片，證明了免疫Ｔ細胞在鐵凋亡訊號高的檢體中有較高的浸潤與活化的程度，最後研究團隊使用鐵凋亡誘導藥物以及抗PD-L1抗體的免疫療法同時於頭頸癌同源老鼠進行腫瘤生長測試，確實發現先以鐵凋亡藥物造成腫瘤細胞的鐵凋亡壓力上升後，再輔以免疫治療後會有著最佳的療效.因此，在臨床治療策略上可以考量搭配鐵凋亡藥物進行免疫療法的策略. 目前研究團隊正在積極找尋合適的臨床可用誘導鐵凋亡用藥，希望能有益於目前的頭頸癌治療現況。