僵硬细胞外基质激活 ATF5 促进癌细胞增殖，为癌症治疗带来新方向

为探究癌细胞增殖机制，研究人员聚焦细胞外基质（ECM）刚度与激活转录因子 5（ATF5），发现其促进癌细胞增殖，为癌症治疗提供新靶点。

　　癌症，这个如同恶魔般的存在，一直威胁着人类的健康。在与癌症的斗争中，科学家们不断探索，试图揭开癌症发生发展的神秘面纱。如今，我们知道癌症组织往往比正常组织更硬，这种硬度的变化可不是小事。细胞外基质（ECM）的僵硬，会让癌细胞变得更加 “嚣张”，它们的增殖、迁移、侵袭和耐药能力都大大增强，癌症也因此不断进展。然而，目前针对组织僵硬的治疗药物却少之又少。

在众多参与癌症进展的因素中，转录因子至关重要。它们就像细胞内的 “指挥官”，结合 DNA 并调节基因的表达，包括促进肿瘤生长和抑制肿瘤的基因。之前虽然发现了一些受 ECM 刚度调节的转录因子，如 YAP/TAZ、NF-κB、β-catenin 和 Twist1 等，但它们并不能完全解释通过 ECM 刚度调节癌症进展的机制。特别是那些在癌症组织中高表达的转录因子，是否以 ECM 刚度依赖的方式调节癌细胞的恶性程度，我们知之甚少。

激活转录因子 5（ATF5）是 ATF/cAMP 反应元件结合家族的转录因子成员，已有研究表明它在多种癌症中高表达，如胰腺癌、肺癌、乳腺癌等。它似乎是一个 “帮凶”，促进癌细胞增殖、侵袭，抑制癌细胞凋亡，还增强癌细胞的耐药性。但 ATF5 的激活机制，尤其是它如何在细胞核中定位，一直是个未解之谜。

为了深入了解这些问题，来自北海道大学（Hokkaido University）、名古屋大学（Nagoya University）等多个机构的研究人员展开了一项重要研究。他们的研究成果发表在《iScience》杂志上，为我们理解癌症的发展机制和寻找新的治疗靶点提供了重要线索。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们通过 GEPIA2 数据库分析不同癌症组织和正常组织中相关基因的表达情况；利用免疫荧光染色观察 ATF5 在细胞中的定位；采用基因集富集分析（GSEA）筛选与癌细胞增殖相关的基因集；运用 RNA 干扰（RNAi）技术敲低特定基因，探究其功能。此外，他们还使用了蛋白质免疫印迹（Western blotting）、定量聚合酶链反应（qPCR）等技术检测蛋白和基因的表达水平。同时，研究人员获取了人类胰腺癌组织样本，并建立了小鼠胰腺癌模型，以便在体内研究相关机制。

研究结果如下：

1. ATF5 在癌症组织中高表达：研究人员分析了多种癌症组织和正常组织中相关转录因子的表达情况，发现 ATF5 在胰腺癌、肺癌、乳腺癌、膀胱癌和卵巢癌等组织中的表达明显高于正常组织。这表明 ATF5 可能是一个有潜力的癌症治疗靶点。
2. 僵硬的细胞外基质诱导 ATF5 核定位：研究发现，在培养的胰腺癌细胞（KP4、AsPC1 和 SUIT2）和肺癌细胞（A549）中，与软 ECM（如胶原蛋白凝胶）相比，在硬 ECM（如胶原蛋白包被的玻璃培养皿）上培养的细胞中，更多的 ATF5 定位于细胞核。而且，通过基因编辑技术制备不同刚度的胶原蛋白凝胶实验证实，更硬的凝胶会触发 ATF5 的核定位。进一步研究发现，硬 ECM 诱导 ATF5 核定位是通过激活蛋白转运实现的，且与 ATF5 蛋白表达无关。
3. 僵硬基质通过 ATF5 促进癌细胞增殖：DNA 微阵列分析和 GSEA 显示，硬 ECM 上的 KP4 和 A549 细胞中，与细胞周期相关的基因集（如 G₂/M 检查点和 E2F 靶基因）显著富集，这表明硬 ECM 可能促进癌细胞增殖。实验也证实，硬 ECM 上的 KP4 和 A549 细胞增殖能力更强。通过 siRNA 转染敲低 ATF5 后，细胞增殖受到抑制，相关基因集的富集也减少。这说明硬 ECM 通过激活 ATF5 加速癌细胞的细胞周期。
4. ATF5 抑制早期生长反应 1（EGR1）的表达：研究人员通过微阵列数据筛选和 qPCR 验证，发现硬 ECM 通过激活 ATF5 下调 EGR1 的表达。EGR1 是一种可以阻止癌细胞增殖的蛋白，过表达 EGR1 会降低 KP4 细胞的增殖潜力，而敲低 EGR1 则会增强细胞增殖。这表明硬 ECM 通过 ATF5 下调 EGR1 来促进细胞增殖。
5. 硬基质激活 ATF5 的信号通路：研究人员通过药物筛选和一系列实验，发现硬 ECM 通过激活 JAK-MYC 通路来激活 ATF5。具体来说，硬 ECM 促进 JAK 信号传导，增加 MYC 蛋白表达，MYC 与 ATF5 结合形成复合物并定位到细胞核，从而抑制 EGR1 转录。此外，研究还发现 actomyosin 通过调节 MYC 表达以 JAK 信号非依赖的方式激活 ATF5，而整合素 β1 介导的细胞 - ECM 粘附对于激活 JAK 信号诱导 MYC 表达至关重要。
6. ATF5 激活对肿瘤生长的影响：研究人员对人类胰腺癌组织和小鼠胰腺癌模型的研究发现，ATF5 在胰腺癌组织中高表达且主要定位于细胞核，尤其是在富含胶原蛋白的区域（即更硬的区域）。降低组织硬度的 AM80 处理可减少 ATF5 的核定位并诱导 EGR1 表达，敲低 ATF5 会影响癌细胞在体内外的生长。这表明硬 ECM 触发 ATF5 核定位，抑制 EGR1 表达，从而促进肿瘤生长。

研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了 ATF5 在癌症细胞中的机械转导途径。僵硬的 ECM 通过整合素 β1 增加 JAK 磷酸化水平和 MYC 表达，同时 actomyosin 也调节 MYC 表达。ATF5 与 MYC 结合并定位到细胞核，抑制 EGR1 表达，这些途径对于硬 ECM 上癌细胞的增殖至关重要。这一研究表明，ECM 僵硬和 ATF5 可能是胰腺癌、肺癌等硬肿瘤的潜在治疗靶点。虽然目前还没有特异性抑制 ATF5 活性的小分子药物，但未来有望开发此类药物用于治疗难治性癌症。同时，研究也存在一定局限性，如未探讨 ATF5 在正常细胞中的激活情况及其在正常组织中的功能。总体而言，这项研究为癌症治疗提供了新的方向和潜在靶点，具有重要的科学意义和临床应用前景。