编辑推荐：
为探究肿瘤微环境中细胞外基质（ECM）刚度对结直肠癌（CRC）进展的影响机制，研究人员开展了相关研究。他们发现 CRC 肿瘤刚度高于正常组织，与胶原含量及 TNM 分期正相关，HSF4 在其中起关键作用。这为 CRC 预后评估和治疗干预提供了新靶点。
在癌症的世界里，结直肠癌（Colorectal Cancer，CRC）如同一个顽固的 “敌人”，严重威胁着人类的健康。它是全球第三大常见癌症，每年新增病例超百万。尽管早期筛查、手术及辅助治疗技术不断进步，但晚期 CRC 患者的预后仍充满不确定性。近年来，肿瘤刚度作为一个新兴的研究方向，逐渐进入人们的视野。肿瘤刚度并非简单的物理属性，它反映了细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）的复杂构成和精细结构，是细胞与 ECM 相互作用的结果。ECM 刚度能够通过精确的机械转导机制，将物理刺激转化为生化信号，进而调节基因表达、细胞增殖、迁移和侵袭等过程，推动肿瘤向恶性表型发展。然而，其中的具体机制、涉及的关键基因以及胶原在这一过程中的作用，都如同隐藏在迷雾之中，尚未完全明晰。与此同时，热休克转录因子（Heat Shock Transcription Factor，HSF）家族在肿瘤进展中的作用也逐渐受到关注，尤其是 HSF4，但它在 CRC 中的具体机制以及与肿瘤刚度的内在联系，同样有待深入挖掘。
为了揭开这些谜团，中南大学湘雅医院的研究人员展开了一系列深入研究。他们通过对 107 例 CRC 患者的临床样本进行分析，结合磁共振弹性成像（Magnetic Resonance Elastography，MRE）、转录组测序、体外实验、体内动物模型等多种研究方法，系统地探究了肿瘤刚度促进 CRC 侵袭和转移的机制。研究结果发表在《Journal of Experimental & Clinical Cancer Research》上。
研究人员为开展此项研究，采用了多种关键技术方法。首先，利用 MRE 技术测量肿瘤和正常组织的刚度，获取了肿瘤刚度的精确数据。其次，通过转录组测序，分析不同刚度条件下 CRC 细胞系的基因表达变化，筛选出与肿瘤刚度相关的关键基因。此外，构建了体内外模型，包括裸鼠肿瘤形成和肝转移模型，以及不同基质刚度的细胞培养模型，从多个角度验证研究假设。同时，对临床样本进行 Masson 染色分析胶原含量，采用免疫组化（Immunohistochemistry，IHC）检测相关蛋白表达，为研究提供了丰富的实验依据。
研究结果主要体现在以下几个方面：
- 高肿瘤刚度与不良预后相关：通过对 107 例 CRC 患者的研究发现，肿瘤组织的剪切波速度显著高于相邻正常组织，且肿瘤刚度与胶原含量、T、N 和 TNM 分期呈正相关。ROC 曲线分析确定了肿瘤刚度和胶原比的最佳临界值，Kaplan - Meier 生存分析显示，高刚度组和高胶原组患者的平均生存时间明显短于低刚度组和低胶原组，表明肿瘤刚度和胶原含量与 CRC 预后密切相关，可作为癌症进展和患者预后的有效指标。
- 不同 ECM 刚度对 CRC 细胞的影响：在体外实验中，将 SW480 细胞系分别培养在 2kPa 和 25kPa 的基质上，发现细胞形态发生了显著变化。转录组测序分析表明，有 1759 个基因的表达发生了显著改变，功能注释显示高刚度显著影响核分裂和细胞器分裂等生物学过程，同时影响细胞周期、同源重组等细胞功能，说明 ECM 刚度在调节细胞行为中起着关键作用，高刚度可能促进肿瘤进展。
- HSF4 与肿瘤刚度及预后的关系：对测序结果的深入分析发现，热休克转录因子 4（HSF4）的高表达与肿瘤刚度增加密切相关，且预示着不良预后。通过对多个数据集的分析以及 IHC 实验验证，发现 HSF4 在肿瘤组织中的表达高于正常组织，且随着 TNM 分期的进展而增加。HSF4 阳性患者的肿瘤刚度更高，预后更差，表明 HSF4 与肿瘤刚度密切相关，可作为预测 CRC 预后的指标。
- HSF4 介导 CRC 侵袭和转移：为了探究 HSF4 的功能，研究人员构建了 HSF4 基因敲除的 SW480 和 HCT116 细胞系模型。实验结果显示，HSF4 敲除显著抑制了细胞增殖、迁移和侵袭能力，且这种抑制作用在高刚度基质上更为明显。进一步研究发现，HSF4 通过调节上皮 - 间质转化（Epithelial - Mesenchymal Transition，EMT）相关信号通路，促进 CRC 侵袭和转移，表明 HSF4 在 CRC 侵袭和转移过程中起着重要的介导作用。
- HSF4 促进 CRC 生长和转移独立于胶原：在体内实验中，研究人员将敲除 HSF4 的 HCT116 细胞与成纤维细胞（CCD - 18Co）共培养，并进行裸鼠肿瘤形成和肝转移实验。结果发现，HSF4 敲除显著减小了肿瘤大小，减少了肝转移瘤的数量，且与 LOXL1 过表达联合作用时，这种抑制效果更明显。虽然 LOXL1 过表达增加了 ECM 胶原和肌成纤维细胞的含量，但肿瘤增殖和侵袭能力却受到抑制，说明 HSF4 促进肿瘤生长和转移的作用独立于 ECM 胶原含量，揭示了肿瘤细胞与微环境之间复杂的相互作用。
研究结论表明，肿瘤刚度通过 HSF4 调节 EMT 相关信号通路，促进 CRC 的增殖和转移。肿瘤刚度和 HSF4 可作为 CRC 预后评估和治疗干预的有价值靶点。在讨论部分，研究人员指出，本研究揭示了肿瘤刚度和 ECM 力学在 CRC 进展中的关键作用，但也存在一定的局限性。例如，样本量相对有限，可能无法完全反映治疗的长期益处，未来研究可考虑无进展生存期（Progression - Free Survival，PFS）作为补充指标；样本仅来自单一医疗中心，结果的普遍性有待提高，需要开展大规模多中心临床试验；HSF4 调节 EMT 的具体分子机制尚不完全清楚，需要进一步深入研究；此外，肿瘤刚度与免疫系统的相互作用也需要更多探索。尽管如此，本研究为 CRC 的研究开辟了新的方向，为未来开发更有效的预防、诊断和治疗策略提供了重要的理论依据。它让我们更加深入地认识到肿瘤微环境中物理因素和分子机制的紧密联系，有望推动 CRC 治疗领域取得新的突破，为患者带来更多的希望。
