EMBO J | 揭示物理柔软性是干性肿瘤细胞的固有标志-科研成果-肿瘤免疫|肿瘤生物治疗\生物机械力|肿瘤休眠|肿瘤代谢-黄波实验室

科研成果

EMBO J | 揭示物理柔软性是干性肿瘤细胞的固有标志

来源 BioArt 2020年12月13日

肿瘤治疗的问题在于，极少的一小群具有干性的肿瘤细胞对当前各种治疗手段抵抗；而对于干性肿瘤细胞，其研究的困难又在于缺乏可靠的标志。目前，基于细胞表面分子如CD133或者酶如ALDH1等作为肿瘤干细胞研究手段时，非干性肿瘤细胞亦混杂其中。另外，这些化学分子不稳定，在不同肿瘤细胞类型中，变化非常大。这样，肿瘤干性难以界定的瓶颈，极大制约了对这类关键细胞更深入研究。

2020年12月4日，中国医学科学院&北京协和医学院免疫学系黄波团队在The EMBO Journal杂志上发表文章Cell softness regulates tumorigenicity and stemness of cancer cells，揭示了细胞物理的柔软性是干性肿瘤细胞内在的固有标志。这一研究工作将推动肿瘤干细胞研究领域的深入。

细胞作为自然的产物，不仅有化学的特征，同时还具备物理的特征。肌动蛋白actin聚合形成的微丝，是细胞骨架的基本组成，而肌球蛋白myosin则横跨并抓附于其上。肌球蛋白具有ATP酶活性，其水解ATP释放能量，转化为力，从而牵拉微丝，而这种力的牵拉，又使得细胞伸展并绷紧，从而具有了机械的硬度。细胞的机械力或者硬度采用压强（Pa，单位面积上所施加的力）来描述，可以通过原子力显微镜技术进行检测。

　　该研究发现，混合的肿瘤细胞群体中，绝大部分肿瘤细胞硬度大于0.7 KPa，而有数量非常少的肿瘤细胞，其硬度小于0.4 KPa。研究人员设计并制造微流控芯片仪器，能够对软的和硬的肿瘤细胞有效分选。他们发现，传统流式分选的CD133+、ALDH+或者侧群（SP）干性肿瘤细胞中，大部分肿瘤细胞硬度小于0.4 KPa，但也存在较大比例的硬的细胞，只有软的肿瘤细胞（100个）具有成瘤性，而硬的肿瘤细胞则不具备成瘤性。进一步基因组测序分析， Wnt信号调节蛋白BCL9L被鉴定出，其调控软的肿瘤细胞成瘤性和干性。

　　生物机械力是细胞本质性的特征之一，机械力生物学涉及细胞功能及生命活动的各个方面，是当今医学和生命科学最前沿研究领域和研究热点。运用生物机械力学原理和技术手段，有望在肿瘤学、免疫学、再生医学等诸多领域取得突破性、原创性的生物医学发现，为疾病诊治提供全新策略。该项研究的上述工作是对当前机械力生物学完美的诠释。

总之，这个研究工作的意义在于，揭示物理的机械软性是干性肿瘤细胞固有的内在标志，为干性肿瘤细胞深入研究提供技术支撑，并为临床靶向干性肿瘤细胞开辟新方向。同时，该项研究证实了体外培养的TRCs并非仅仅是人为培养的，其在肿瘤的瘤体内真实存在。

　　作为近几年崭露头角的新型交叉学科，开展机械力生物学研究的实验室很少。黄波课题组前期利用软的物理微环境，证明了干性肿瘤细胞能够在其间生长但不分化，从而建立体外扩增干性肿瘤细胞的方法，而该扩增的细胞被命名为肿瘤再生细胞（tumor-repopulating cell, TRC）（Nat Mater.2012;11(8):734-41）。与三维胶的软度相一致，TRCs具有很好的柔软性，易于变形。载药的肿瘤细胞来源的囊泡能够利用细胞的柔软性，从而更好地被TRCs摄取，而囊泡内的化疗药物则反过来将TRC杀伤（Cell Res. 2016;26(6):713-27）同时，载药囊泡能够被人为操作，变得更软，从而更好靶向化疗药物（Nat Biomed Eng.2020;4(7):743-753；Nat Biomed Eng.2019;3(9):729-740.）另外，黄波课题组还发现，TRCs在硬的基质中，能够进入休眠状态（Cancer Res.2018;78(14):3926-3937）。