欧阳高亮教授团队发现肿瘤基质硬度促进乳腺癌肿瘤细胞集体侵袭

时间：2023年5月31日

来源：厦门大学生命科学学院

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2023年5月23日，我院欧阳高亮教授团队在Matrix Biology在线发表研究性论文“Matrix stiffening facilitates the collective invasion of breast cancer through the periostin-integrin mechanotransductionpathway”,发现在乳腺癌发展过程中，组织硬度的增加可通过YAP-Periostin-Integrin介导的机械应力传导信号促进乳腺癌肿瘤细胞的集体侵袭

在肿瘤进展过程中，随着细胞外基质（Extracellular matrix, ECM）的交联程度逐渐增强以及基质细胞组成的改变，肿瘤组织的硬度也随之逐渐增加。目前研究表明，基质硬度与肿瘤发生发展的关系极为密切，并参与调控肿瘤转移，从而影响肿瘤患者的预后。

肿瘤转移可以由单个肿瘤细胞迁移引发，也可以由多肿瘤细胞形成细胞团以集体侵袭（Collective invasion）的方式引发。在集体侵袭过程中，细胞团通过多细胞极性和肌动蛋白细胞骨架重排实现物理和功能上的相连。基质硬化通过促进肿瘤细胞表面的整合素家族蛋白（Integrins）的汇聚成簇，进而增强Rho家族GTP酶活性，调控肌动蛋白的动态聚合形成应力纤维，增强胞内的牵引力，促进肿瘤细胞的运动和侵袭。Integrins主要通过与细胞外基质蛋白结合来感应胞外应力，从而将细胞外信号整合并转化为细胞内信号，调控细胞的功能。Periostin是一类非结构性细胞外基质分泌蛋白，通过与Integrins受体结合调控细胞的运动、增殖和生存，并在肿瘤发生发展尤其是肿瘤转移中起重要促进作用。然而，ECM的硬度与肿瘤细胞集体侵袭之间的关系以及Periostin是否参与该过程及其具体调控机制并不清楚。

2023年5月23日，我院欧阳高亮教授团队在Matrix Biology在线发表研究性论文“Matrix stiffening facilitates the collective invasion of breast cancer through the periostin-integrin mechanotransductionpathway”,发现在乳腺癌发展过程中，组织硬度的增加可通过YAP-Periostin-Integrin介导的机械应力传导信号促进乳腺癌肿瘤细胞的集体侵袭。

该研究发现随着基质硬度的增加乳腺癌中肿瘤相关成纤维细胞（Cancer-associated fibroblasts, CAFs）分泌的Periostin蛋白显著升高，通过双荧光素酶报告实验及染色质免疫沉淀实验发现Periostin是一个新的YAP靶基因，其在CAFs细胞中的表达受硬度依赖的Src-YAP活性调控。进一步研究发现敲除Periostin可减弱由年龄增长引起的乳腺组织硬度增加并抑制乳腺肿瘤的生长和转移。与此同时，高表达的Periostin蛋白还可促进胶原的交联进一步提高乳腺癌肿瘤组织基质的硬度。接着研究人员分别分离野生型和Periostin敲除型MMTV-PyMT小鼠乳腺癌肿瘤细胞，发现Periostin通过与整合素受体结合调控乳腺癌细胞中FAK、ERK、Paxillin、Vinculin、P130Cas及Src等基质应力传导相关蛋白的激活。通过在不同硬度的水凝胶上培养3D肿瘤类器官，作者发现基质硬度通过增强FAK信号通路促进Cdc42和Rac1 GTP酶活性，调控细胞骨架的重排，从而为集体侵袭提供牵引力，并通过荷瘤小鼠体内实验进一步发现当敲除Periostin或用β氨基丙腈处理降低组织硬度后，均能抑制小鼠体内乳腺癌的集体侵袭。接下来，作者通过对乳腺癌患者组织切片检测发现乳腺癌肿瘤组织中集体侵袭的细胞团被Periostin蛋白所包围，且高表达的Periostin与肿瘤基质中胶原的交联程度以及乳腺癌患者的恶性表型密切相关。

综上所述，该研究表明基质硬度可通过激活CAFs细胞中的YAP，进而直接促进Periostin蛋白的表达和分泌，发现Periostin是受YAP调控的新靶基因；CAFs细胞分泌的Periostin蛋白则可进一步促进基质中胶原的交联，促进肿瘤基质硬度增加。同时，CAFs细胞通过分泌Periostin触发肿瘤细胞中的Integrin/FAK/ERK/Cdc42/Rac1机械应力转导通路，促进肿瘤细胞的集体侵袭，最终促进乳腺癌肿瘤转移。

该论文的第一作者为吴甜甜助理教授，熊珊珊、陈咪咪和Bjorn T. Tam博士，通讯作者为欧阳高亮教授、王哲助理研究员和吴甜甜助理教授。