急性髓系白血病细胞弹性特性与成熟阶段及整合素激活的关联研究

《iScience》：Elastic properties of leukemic cells linked to maturation stage and integrin activation

为改善急性髓系白血病（AML）治疗，研究人员测量 AML 细胞机械特性，发现其与成熟阶段和整合素激活有关。

　　急性髓系白血病（AML）是一种棘手的血液疾病，尽管医学不断发展，但治愈它仍困难重重。AML 由造血干细胞（HSCs）的多个体细胞突变引发，这些突变随年龄积累，导致骨髓中功能失调的白血病原始细胞不断积聚。除了基因突变影响细胞功能外，癌细胞的生物物理特性也发生改变，可我们对 AML 中这些变化的机制以及它们对癌细胞转化过程的影响却知之甚少。同时，骨髓微环境中的白血病干细胞（LSCs）对药物相对耐药，是导致疾病复发的重要因素，这也使得 AML 的治疗更加复杂。为了攻克这些难题，来自荷兰格罗宁根大学的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《iScience》杂志上。

研究人员主要运用了原子力显微镜（AFM）技术，该技术能在生理条件下以皮牛顿和纳米分辨率测量细胞的多种机械特性。此外，还借助了共聚焦显微镜技术观察细胞内肌动蛋白细胞骨架的形态。研究样本包括 THP - 1 细胞系以及来自 AML 患者的原发性细胞样本。

研究首先开发了一种测量非贴壁细胞杨氏模量的 AFM 方法。通过制造带有微米级小孔的全氟聚醚（PFPE）底物，约束悬浮细胞进行压痕测量。实验发现，细胞在重复压痕过程中，杨氏模量在第一次和第二次压痕间变化最大，后续变化幅度减小。因此，研究人员在数据分析时去除了第一次压痕数据，使用 2 - 15 次压痕数据进行后续分析。

接着，研究人员以 THP - 1 细胞为模型，探究整合素 ITGB1 在细胞对胞外刺激反应中的作用。利用 CRISPR - Cas9 技术敲除 ITGB1 后，通过 AFM 测量发现，野生型（WT）THP - 1 细胞在添加纤连蛋白模拟物 retronectin 后，杨氏模量显著增加；而 ITGB1 敲除（ITGB1 KO）细胞在添加 retronectin 后，杨氏模量无明显变化。这表明 ITGB1 在 THP - 1 细胞对胞外刺激的反应中起重要作用。

为了进一步探究 ITGB1 影响细胞弹性模量的机制，研究人员运用共聚焦显微镜观察细胞内丝状肌动蛋白（F - actin）网络的形态。结果显示，WT 细胞在暴露于 retronectin 后，细胞膜和胞质中均有明显的 F - actin 染色，且胞质中有长的肌动蛋白纤维；而 ITGB1 KO 细胞暴露于 retronectin 后，胞质中 F - actin 染色较少，主要集中在细胞膜，且胞质中的肌动蛋白多为短片段或点状。定量分析也表明，WT 细胞的肌动蛋白网络更广泛，结构更长。这说明 retronectin 与 ITGB1 结合会诱导肌动蛋白网络分布改变，进而影响细胞弹性模量。

最后，研究人员对原发性 AML 患者样本进行研究。他们将患者来源的 AML 细胞根据表面标志物 CD45、CD34 和 CD38 进行分选，分为成熟的 CD34⁺/CD38⁺和未成熟的 CD34⁺/CD38^-细胞群体，然后用 AFM 测量不同细胞群体在有无 retronectin 情况下的杨氏模量。结果发现，对于不同患者的样本，CD34⁺/CD38^-细胞的杨氏模量显著高于 CD34⁺/CD38⁺细胞；retronectin 对成熟细胞的杨氏模量无明显影响，但对未成熟细胞的影响则因患者而异，有的患者细胞杨氏模量增加，有的则降低。

研究结论表明，AML 细胞的弹性模量与细胞成熟阶段密切相关，未成熟的 CD34⁺/CD38^- LSC 群体比更成熟的 CD34⁺/CD38⁺群体具有更高的杨氏模量。同时，整合素 ITGB1 在调节细胞对 retronectin 的反应以及肌动蛋白细胞骨架重组中起关键作用，进而影响细胞的弹性模量。这项研究为深入理解 AML 细胞的生物物理特性提供了重要依据，有助于揭示白血病细胞的力学反应机制，为开发更有效的 AML 治疗策略奠定了基础。未来，研究人员可以进一步探究遗传改变如何控制这些生物物理特性，以及它们对药物敏感性的影响，从而推动 AML 精准治疗的发展。

在研究中，原子力显微镜（AFM）技术用于测量细胞弹性模量，通过在 PFPE 微井中约束非贴壁细胞进行压痕实验获取数据；共聚焦显微镜技术则用于观察 THP - 1 细胞中 F - actin 网络的形态，分析 ITGB1 对细胞骨架的影响；样本队列来源于格罗宁根大学医学中心的 AML 患者骨髓或外周血样本，为研究提供了临床相关性。