基质刚度通过整合素-核骨架轴维持膀胱癌干性：Wnt/β-atenin信号通路的新机制

《Cell Death & Disease》：Matrix stiffness maintains bladder cancer stemness via integrin-nuclear skeleton axis

本研究针对膀胱癌(BC)进展中肿瘤干细胞(BCSCs)干性增强与高复发率的关键问题，揭示了基质刚度通过整合素-FAK/Src-核骨架轴调控Wnt/β-atenin通路的新机制。研究发现高基质刚度通过增大核孔尺寸促进β-atenin核转位，同时上调核纤层蛋白Lamin A/C表达抑制其核输出，最终激活Wnt通路增强癌细胞干性。该研究为靶向肿瘤机械微环境治疗膀胱癌提供了新策略。

　　

膀胱癌是全球第十大常见恶性肿瘤，每年新增约50万病例，死亡约20万例。其中75%为非肌层浸润性膀胱癌(NMIBC)，25%为肌层浸润性膀胱癌(MIBC)。虽然手术和铂类化疗是标准治疗方案，但患者仍面临高复发率和转移率的严峻挑战。近年来，癌症干细胞(CSCs)理论为理解肿瘤恶性进展提供了新视角，膀胱癌干细胞(BCSCs)被认为在肿瘤发生、耐药和复发中起关键作用。然而，肿瘤微环境中机械特性如何调控膀胱癌干性仍不清楚。

肿瘤微环境中的细胞外基质(ECM)不仅提供结构支持，还通过其物理特性影响细胞行为。基质刚度作为ECM最重要的机械特性之一，在肿瘤发展中异常升高，已成为诊断标志物和预后因素。研究表明基质刚度与多种癌症的干性相关，但机械信号如何转化为下游干性信号通路的机制尚不明确。Wnt、Notch和Hedgehog等信号通路与癌症干性维持密切相关，其中Wnt/β-atenin通路的异常激活在膀胱癌中尤为常见。然而，机械传导在Wnt通路调控中的独特作用仍有待探索。

针对这一科学问题，陶怡然、黄佳玉等研究人员在《Cell Death and Disease》上发表了最新研究成果，系统揭示了基质刚度通过整合素-核骨架轴调控膀胱癌干性的分子机制。

研究人员采用单细胞RNA测序、原子力显微镜、免疫荧光、透射电镜等多种技术手段，结合体外细胞模型、小鼠体内实验和人源膀胱癌类器官模型，全面阐述了机械信号转导的完整通路。特别值得关注的是，研究团队收集了临床膀胱癌组织样本，包括癌旁组织、非浸润性膀胱癌(NIBC)和浸润性膀胱癌(IBC)组织，通过Masson染色、PAS染色和原子力显微镜检测证实了膀胱癌进展中基质刚度的逐渐增加。

研究首先通过单细胞测序数据分析发现，高级别膀胱癌微环境中肿瘤相关成纤维细胞比例显著增加，特别是肌纤维母细胞(myCAF)，且ECM重塑相关基因显著富集。同时，高级别膀胱癌细胞中干性相关基因表达上调，提示ECM沉积可能促进膀胱癌细胞干性。

为验证基质刚度对膀胱癌干性的直接影响，研究团队构建了不同刚度(5 kPa和30 kPa)的聚丙烯酰胺凝胶培养体系。结果显示，在高刚度基质上培养的膀胱癌细胞干性标志物(CD44、OCT4、SOX2、NANOG)表达显著升高，自我更新、侵袭迁移、增殖能力和对顺铂的耐药性均明显增强。

机制探讨发现，高基质刚度特异性激活Wnt/β-atenin通路，而不影响Hedgehog和Notch通路。进一步研究表明，刚度增加并不改变Wnt通路受体表达或降解复合体活性，而是通过增大核孔尺寸促进β-atenin核转位。透射电镜显示高刚度条件下核孔直径显著增加，而核孔通透性调节剂CHD和Pitstop2处理可模拟刚度效应，增强β-atenin核聚集。

核骨架蛋白Lamin A/C被鉴定为另一关键调控因子。高刚度条件下Lamin A/C表达上调，降解减少。Co-IP和免疫荧光共定位证实Lamin A/C与β-atenin存在直接相互作用，且高刚度增强二者结合。干扰Lamin A/C表达后，β-atenin核输出增加，核质比下降，Wnt通路活性降低，肿瘤细胞耐药性减弱。

机械信号转导的上游机制研究表明，整合素-FAK/Src通路和LINC复合体(特别是SYNE2基因产物Nesprin2)介导了细胞外机械信号向细胞核的传递。抑制整合素受体或干扰Nesprin2表达均可减弱高刚度引起的β-atenin核聚集。

体内实验进一步验证了基质刚度对肿瘤干性的影响。将不同刚度预处理后的膀胱癌细胞接种小鼠，发现高刚度组肿瘤形成能力更强，生长更快，而Wnt通路抑制剂IWR-1可逆转这一效应。通过调节基质胶中胶原I含量构建不同刚度微环境，同样证实高刚度促进肿瘤生长，整合素抑制剂cilengitide可有效抑制肿瘤进展。

人源膀胱癌类器官实验完美再现了上述发现。来自不同刚度膀胱癌组织的类器官生长特性与基质刚度正相关，高刚度组类器官干性标志物和Wnt通路下游基因表达显著升高，且可被cilengitide抑制。

本研究创新性地揭示了基质刚度调控膀胱癌干性的完整信号通路：高基质刚度通过整合素-FAK/Src-LINC复合体轴将机械信号传递至细胞核，一方面增大核孔尺寸促进β-atenin核输入，另一方面上调Lamin A/C表达增强其与β-atenin结合抑制核输出，最终导致β-atenin核内累积激活Wnt通路。该发现不仅深化了对肿瘤机械微环境调控干性的认识，还为膀胱癌治疗提供了新的靶点策略。通过靶向整合素或Lamin A/C阻断机械信号转导，可能成为延缓膀胱癌进展的有效手段。然而，由于ECM在肿瘤进展中的复杂作用和动态重塑特性，靶向基质刚度仍面临诸多挑战。随着对肿瘤细胞外基质生物学认识的深入，有望发现更多靶点并开发出更有前景的抗肿瘤治疗药物。

研究主要关键技术方法包括：单细胞RNA测序分析、原子力显微镜检测组织刚度、不同刚度聚丙烯酰胺凝胶制备、免疫荧光和免疫组化分析、透射电子显微镜观察核孔结构、Co-IP验证蛋白相互作用、双荧光素酶报告基因检测TCF/LEF转录活性、小鼠异种移植模型和人源膀胱癌类器官培养等。临床样本来源于中山大学附属第六医院2022-2023年收集的膀胱癌组织，包括5例NMIBC和5例MIBC患者。