ECM 是由纤维蛋白、糖胺聚糖、蛋白聚糖和糖蛋白等组成的复杂网络，为组织和器官构建支架。它不仅作为物理屏障影响药物递送和免疫细胞进入，还通过提供化学信号和机械力，深刻影响细胞的形态、代谢、功能、迁移、增殖和分化 。在生理状态下，ECM 硬度处于精细平衡，维持细胞和组织结构稳定，但在癌症中，ECM 硬度会发生异常改变。

众多研究表明，癌症组织的 ECM 硬度普遍高于正常组织。例如，乳腺癌组织硬度（5 - 10 kPa）远超正常乳腺组织（800 Pa） ；正常肝组织硬度小于 6 kPa，而纤维化或肝硬化组织硬度高于 8 - 12 kPa，这类变化可能促使肝癌（HCC）发生 ；正常健康胰腺组织硬度为 1 - 3 kPa，胰腺癌组织则超过 4 kPa 。ECM 硬度的增加与肿瘤的恶性进展密切相关，因此深入探究其调节肿瘤进展的机制，对寻找癌症潜在治疗靶点意义重大。

在实体肿瘤中，组织硬化由肿瘤细胞和 TME 中的基质细胞共同调节，主要源于 ECM 蛋白的积累，尤其是胶原蛋白的重排 。多种关键信号通路，如转化生长因子 β（TGF-β）、白细胞介素 - 33（IL-33）、胰岛素样生长因子（IGF）/IGF1R、FAK/Src、RhoA/Rock、MAPK 和磷脂酰肌醇 3 激酶（PI3K）/Akt 等的激活，会促进 ECM 蛋白的产生 。赖氨酰氧化酶（LOX）家族和原胶原 - 赖氨酸，2 - 氧戊二酸 5 - 双加氧酶（PLOD）家族在胶原蛋白重排过程中发挥着不可或缺的作用。

基质沉积是 ECM 硬度增加的重要原因之一。癌症相关成纤维细胞（CAF）与 ECM 硬度之间存在正反馈循环，高基质硬度激活成纤维细胞，促使其分泌胶原蛋白、纤连蛋白（FN）、糖胺聚糖（GAGs）等成分 。同时，基质硬度还通过促进 Twist1 的过表达，诱导 palladin、胶原蛋白 IV 和胶原蛋白 VIα₁链的表达，进一步促进基质沉积 。此外，CAF 会通过减少基质金属蛋白酶 9（MMP-9）的表达和分泌，上调金属蛋白酶 1 组织抑制剂（TIMP-1）的分泌，导致基质积累和组织硬化 。缺氧、多种生长因子（如 IL-33、TGF-β、血小板衍生生长因子受体 α（PDGFRα）和肿瘤坏死因子 α（TNF-α））以及肿瘤细胞中的某些基因变化（如 RASSF1A 启动子甲基化）等，也会促进基质沉积和 ECM 硬度增加 。

胶原蛋白交联对 ECM 硬度的影响也至关重要。胶原蛋白和弹性纤维的密度、排列以及交联程度，显著影响基质硬度 。LOX 是介导胶原蛋白交联的关键酶，它能将肽残基赖氨酸（Lys）和羟赖氨酸（Hyl）转化为反应性醛，进而形成各种交联，增强 ECM 结构硬度 。LOX 家族包括 LOX 和 LOX 样（LOXL）蛋白，其分泌受多种信号分子调节 。转录因子如 Twist1 和 ZEB1 可通过抑制 miR-200，增加 LOX 和 LOXL2 的表达，从而增强胶原蛋白交联和基质硬度 。此外，LH2、PPIase FKBP65、组织谷氨酰胺酶和小 G 蛋白等也在胶原蛋白纤维特性和生成中发挥重要作用，针对这些酶开发的药理抑制剂有望用于抑制肿瘤转移 。

ECM 硬度在肿瘤增殖中起着关键的调节作用。β - 连环蛋白（β -catenin）和 Rho/ROCK 信号通路在其中扮演核心角色，它们通过调节细胞骨架和信号转导途径，影响细胞行为和组织结构 。β -catenin 参与表皮稳态和肿瘤发生，能感知 ECM 硬度变化，进而调节细胞增殖和肿瘤进展 。Rho/ROCK 途径可使细胞适应外力变化，维持组织结构稳定 。实验表明，激活 ROCK2 可增加组织硬度，进一步激活核转录活性，导致细胞过度增殖和组织增厚 。在肝癌等多种肿瘤中，较高的 ECM 硬度可通过激活 ERK、蛋白激酶 B（Akt）和信号转导及转录激活因子 3（STAT3）等信号通路，促进肿瘤细胞增殖 。不过，ECM 硬度对肿瘤细胞增殖的影响并非单一，在某些情况下，较低的硬度也可能通过诱导增殖相关蛋白 Ki67 的表达，促进癌细胞增殖 。

对于肿瘤的侵袭和迁移，ECM 硬度同样至关重要。研究显示，增加的 ECM 硬度可通过多种信号通路促进肿瘤细胞的侵袭表型，加速肿瘤进展 。例如，在不同硬度的互穿网络（IPN）中培养 A549 肺腺癌细胞，随着 IPN 硬度增加，细胞的增殖和侵袭能力增强 。高基质硬度会导致激活的 3D 基质黏附形成增加，FAK - Rho 信号回路激活，进而激活 Ras - MAPK 途径，支持肿瘤细胞的侵袭表型 。此外，胶原蛋白交联增加、G 蛋白家族受体（尤其是小 G 蛋白）、PIEZO1 等在肿瘤细胞对 ECM 硬度的响应中也发挥重要作用 。同时，ECM 的组成成分，如胶原蛋白、透明质酸（HA）和 FN 等，不仅影响 ECM 硬度，还直接控制肿瘤细胞的迁移模式 。CAF 通过调节 ECM 结构和物理特性，也能增强肿瘤细胞的迁移和侵袭能力 。

癌症转移是导致患者死亡的主要原因，ECM 硬度在其中发挥着重要作用。在肝脏中，ECM 硬度增加可促使肝星状细胞转化为肌成纤维细胞，增强其支持肿瘤生长和转移的能力 。高基质硬度还可通过激活相关信号通路，刺激肿瘤细胞中 LOXL2 的表达，促进 FN 和 MMP9 的产生，改变 TME 的物理性质，促进前转移龛的形成 。在细胞层面，ECM 硬度通过 CD36 - Akt - E2F3 机械信号通路激活肝星状细胞，促进肿瘤细胞的增殖和转移 。此外，ECM 蛋白 CCN1/CYR61、TWIST1 等也参与了 ECM 硬度促进肿瘤转移的过程 。同时，TME 中的其他成分和细胞类型，如成纤维细胞、内皮细胞（ECs）和巨噬细胞等，通过分泌各种因子和参与信号通路，共同调节肿瘤的转移过程 。

上皮 - 间质转化（EMT）是肿瘤转移的关键生物学过程，ECM 硬度对其有着重要影响 。EMT 过程中，上皮细胞失去极性和细胞间黏附，获得间质细胞特性，从而增强细胞的迁移和侵袭能力 。研究发现，较高的基质硬度可独立诱导 EMT，通过激活 FAK/Src 信号通路、刺激受体酪氨酸 - 蛋白磷酸酶 kappa 的表达等方式，促进 EMT 相关分子的表达 。例如，Snail 表达参与了硬度介导的 EMT 效应，涉及 S100A11 膜转移等信号通路 。此外，高基质硬度还可通过促进 TWIST1 核定位、调节 PPIase 非有丝分裂 α 相互作用 1 - 依赖的 YAP 活性等机制，促进 EMT 。有趣的是，高硬度微环境在某些情况下也可能诱导间质 - 上皮转化（MET），帮助微转移细胞在靶器官中恢复上皮表型并增殖 。

血管生成是肿瘤生长和存活的重要过程，ECM 硬度在其中发挥着复杂的调节作用 。在 TME 中，肿瘤血管通常结构紊乱、功能异常，影响药物递送和治疗效果 。增加的 ECM 硬度可通过多种机制调节肿瘤血管的形成和功能 。YAP/TAZ 信号通路在这一过程中起关键作用，ECM 硬度增加激活 YAP/TAZ，促进与血管生成相关基因的转录 。同时，硬度增加的 ECM 为 ECs 提供更坚实的支持，促进其迁移和增殖，激活 PI3K/AKT、MAPK 和 RhoA 等信号通路，加速血管生成 。此外，间质肌成纤维细胞分泌的炎症因子、MMPs，以及 ECM 成分（如胶原蛋白、TNC、FN 和 HA 等），都对肿瘤血管生成产生重要影响 。不过，高 ECM 硬度也可能对血管完整性产生负面影响，抑制血管生成 。

ECM 硬度对肿瘤细胞的耐药性也有显著影响。增强的基质硬度可通过多种信号通路，如 Src 和 ERK/MAPK 途径、FAK/Src β - 连环蛋白信号轴等，增强肿瘤细胞的化疗耐药性 。例如，在胰腺癌和乳腺癌中，高基质硬度可增强 EMT 标记物的表达，促进 YAP 和 TAZ 核定位，导致对化疗药物（如紫杉醇（PTX）和阿霉素）的耐药 。此外，基质硬度还可通过增强细胞膜上多药耐药蛋白 1（MRP1）的功能活性，将化疗药物主动排出癌细胞，使癌细胞产生耐药性 。不同类型的胶原蛋白也可通过不同的信号通路导致肿瘤耐药 。值得注意的是，在某些情况下，如乳腺癌细胞在软微环境中，会出现对他莫昔芬的耐药性增强的现象 。

免疫系统在肿瘤生物学中起着关键的调节作用，而 ECM 硬度可影响肿瘤的免疫逃逸 。ECM 硬度和组成可作为物理屏障，阻碍免疫细胞浸润到 TME 中，调节免疫细胞的迁移和定位 。例如，T 细胞的抗肿瘤反应依赖于网状纤维网络的平衡，高硬度的 ECM 结构会限制 T 细胞的迁移 。此外，增加的基质硬度可增强癌细胞中 PD - L1 的表达，影响 T 细胞的激活和增殖 。ECM 还可通过与 LAIR 受体结合，直接抑制 T 细胞的增殖和激活 。同时，ECM 硬度可调节巨噬细胞和树突状细胞（DCs）的极化和功能，影响肿瘤微环境的免疫状态 。高 ECM 硬度导致的局部缺氧，也会影响 T 细胞的代谢功能，促进肿瘤的免疫逃逸 。

癌症干细胞（CSCs）具有自我更新和启动肿瘤形成的能力，在肿瘤进展中起重要作用，ECM 硬度对其生物学功能有着重要调节作用 。一般来说，较高的基质硬度可促进 CSC 样表型的表达，减少化疗药物诱导的细胞凋亡 。例如，高硬度基质可通过激活 YAP/TAZ、FAK/ERK、Wnt/β - 连环蛋白和 CXCR4 等途径，增强 CSC 干性标记物（如 CD133、ALDH1 和 Lgr5）的表达 。同时，基质硬度还可影响间充质干细胞（MSCs）的分化方向，在高硬度条件下，MSCs 可被诱导向成骨细胞分化，而在低硬度条件下则促进脂肪细胞分化 。此外，ECM 成分如胶原蛋白 I、层粘连蛋白和 HA 等，可通过不同的信号通路，影响 CSC 的自我更新、增殖、耐药性和转移能力 。

代谢重编程是恶性肿瘤的标志之一，ECM 硬度可通过多种机制调节肿瘤细胞的代谢 。首先，ECM 硬度可通过激活 YAP/TAZ 信号通路，导致关键糖酵解酶（如磷酸果糖激酶（PFK）和乳酸脱氢酶（LDH））的表达增加 。CAF 在刚性 ECM 环境中分泌的细胞因子（如 CCL5、IL6 和 CXCL10）也可促进肿瘤细胞的糖酵解 。其次，ECM 硬度可促进谷氨酸转运体和谷氨酰胺酶 1 的表达，调节氨基酸代谢，影响肿瘤细胞的增殖和侵袭 。此外，刚性环境还可通过 YAP 依赖的方式增加细胞质肌酸激酶 B（CKB）的表达，促进肌酸磷酸化 。最后，ECM 硬度可通过重编程肿瘤细胞的脂质代谢，提高细胞膜流动性，促进肿瘤的侵袭和转移 。

基因组稳定性对细胞至关重要，异常的基因组稳定性与癌症密切相关。研究发现，组织硬度增加会导致癌细胞在侵袭过程中经历细胞核膜的暂时破裂，伴随 DNA 损伤 。这是因为基质蛋白（如胶原蛋白）的过度沉积使基质孔隙变小，癌细胞在挤压通过时会受到更多物理损伤 。此外，基质硬度还可调节 DNA 双链断裂（DSB）修复的效率和细胞对基因毒性药物的敏感性 。较低的 ECM 硬度会降低 DSB 修复效率，使细胞对基因毒性药物更敏感 。

鉴于 ECM 硬度在肿瘤发生发展中的重要作用，以 ECM 硬度为靶点成为癌症治疗的一种有前景的策略 。通过针对 ECM 成分进行干预，可降低肿瘤硬度和机械力，促进肿瘤灌注和药物递送 。

胶原蛋白在 ECM 构建中占据核心地位，针对其合成、降解和交联的异常进行治疗是重要策略 。TGF-β 对胶原蛋白合成影响显著，抑制 TGF-β 可减少胶原蛋白产生 。例如，阿朱勒米酸可通过激活大麻素受体 2，减少炎症细胞因子和纤维化，抑制 TGF-β 产生 。此外，卤夫酮、弗雷索利单抗等药物也可通过抑制 TGF-β 信号通路，降低胶原蛋白的产生 。血管紧张素 - II 受体激动剂（如氯沙坦）在治疗高血压的同时，也能抑制 TGF-β 信号，减少 I 型胶原蛋白的合成和沉积 。胶原蛋白酶可降解胶原蛋白，降低基质硬度，促进药物递送，但该治疗应谨慎应用于早期癌症 。针对胶原蛋白交联增加的问题，抑制 LOX 和 LOXL2 成为有前景的疗法 。BAPN 是最早发现的 LOX 抑制剂，近年来开发的 PXS - S1A、PAT - 1251 等新型抑制剂，在临床前研究中展现出一定的效果 。此外，D - 青霉胺等药物可干扰胶原蛋白交联的形成，降低 AGE 水平的药物（如他汀类、血管紧张素转换酶抑制剂和钠 - 葡萄糖协同转运蛋白 2 抑制剂等）也能间接减少胶原蛋白交联 。

FN 在基质沉积中起关键作用，针对它的抑制剂可减少 ECM 积累 。例如，FUD 可抑制 FN 基质组装，降低 ECM 积累 。黄芩素通过抑制钙蛋白酶 - 2 和波形蛋白的表达，增加 E - 钙粘蛋白的表达，减少 FN 。此外，pUR4 可抑制 FN 组装，减少其在细胞外基质中的沉积 。同时，FN 的 EDA 和 EDB 结构域可用于靶向递送治疗药物，基于它们开发的疫苗也显示出治疗和预防某些癌症的潜力 。

HA 是 ECM 的重要成分，针对 HA 的治疗策略包括使用透明质酸酶（HYAL）与化疗药物联合、HA 寡糖（oHA）诱导细胞凋亡、HA 抑制剂以及 HA - 基于药物等 。初步研究表明，HYAL 与化疗联合可提高疗效，oHA 可诱导淋巴瘤细胞凋亡 。4 - 甲基伞形酮（4 - MU）和伊马替尼可减少 HA 积累，抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭 。HA 还可增强抗癌药物的效果，但使用 HYAL 可能会导致肿瘤细胞糖酵解增加，促进肿瘤细胞迁移和转移，因此在应用时需谨慎考虑潜在的负面影响 。

CAF 是 TME 的关键成分，针对 CAF 的治疗策略包括使用小分子药物、单克隆抗体、重编程 CAF、联合治疗以及顺序递送小分子和纳米载体等 。然而，盲目靶向 CAF 可能会导致不良后果，如在胰腺癌小鼠模型中，删除 α - SMA 表达的肌成纤维细胞会导致肿瘤更具侵袭性，动物生存率降低 。因此，在开发针对 CAF 的治疗策略时，需要更谨慎和全面的考虑 。

TGF-β 是诱导纤维化的关键细胞因子，TGF-β 抑制剂可通过减少胶原蛋白 I 含量，使肿瘤基质正常化，提高其他抗癌药物的穿透能力，从而显著抑制肿瘤生长和转移 。目前，针对 TGF-β 的抑制剂包括配体陷阱、融合蛋白、单克隆抗体、反义寡核苷酸、小分子受体激酶抑制剂和肽适配体等，它们在临床前和临床试验中展现出不同的效果 。

MMP 是负责降解 ECM 中胶原蛋白和其他蛋白质的主要酶类，参与肿瘤的侵袭、血管生成和转移，是癌症治疗的理想靶点 。MMP 抑制剂（MMPI）可分为直接抑制剂和间接抑制剂 。直接抑制剂包括肽模拟物、非肽模拟物、化学修饰的四环素和天然 MMP 抑制剂等 。例如，batimastat 是最早进入临床试验的 MMP 抑制剂，marimastat 为改善其水溶性而开发，但二者在临床试验中均出现了一些问题 。化学修饰的四环素（CMTs）可抑制 MMP 酶活性和合成，天然 MMP 抑制剂如 TIMP 由于生物利用度低、潜在副作用和毒性等问题，临床应用受限 。间接抑制剂则通过阻断信号转导途径或基因治疗来抑制 MMP 。不过，MMPI 在临床试验中大多未取得预期效果，主要原因包括广谱 MMPI 的选择性问题以及临床试验阶段选择不当等 。

整合素是跨膜细胞表面异二聚体受体，在细胞与环境的信号传递中起重要作用 。TGF-β1 是纤维化发展的关键因素，直接靶向 TGF-β1 治疗纤维化疾病不可行，而阻断整合<