在伤口愈合等生理过程中，成纤维细胞会被短暂激活为具有收缩能力的肌成纤维细胞，负责分泌和重塑细胞外基质（ECM），任务完成后便会恢复静息或走向凋亡。然而，在纤维化和癌症等疾病中，一部分成纤维细胞（在肿瘤中称为癌症相关成纤维细胞，CAFs）却“卡”在了活化状态，变成了持续活化的肌成纤维细胞，不断分泌ECM，改变组织的机械特性，促进肿瘤生长和转移。究竟是什么“开关”让成纤维细胞失去了“关机”的能力，从短暂激活切换到了“记忆”般的持续活化？这其中的分子机制尚不明确。
为了回答这个问题，研究人员在《Advanced Science》上发表了一项研究。他们发现，成纤维细胞（包括CAFs和正常成纤维细胞）长期暴露于高硬度ECM及其分泌因子，是触发其向持续活化状态转变的关键。这种转变背后，是ECM硬度通过两条平行通路重塑了染色质：一条依赖于β1整合素的激活，它能平滑核纤层，减少核纤层与染色质的接触；另一条则依赖于形成蛋白mDia2的激活，它不改变核形态，但可能通过其在细胞核内组装肌动蛋白的作用，改变染色质与核纤层的耦合。重要的是，阻断其中任何一条通路都能阻止持续活化，而这种阻断效应可以被组蛋白去乙酰化酶抑制剂所挽救，表明动态的染色质修饰是这些ECM依赖通路的下游事件，维持了细胞的持续活化状态。这项研究将基于整合素的ECM感知与染色质重塑、成纤维细胞“记忆”联系起来，对理解肿瘤微环境中的基质可塑性具有重要意义。
本研究主要采用了以下关键技术方法：使用不同硬度（0.5-50 kPa）的纤维连接蛋白（FN）包被聚丙烯酰胺水凝胶模拟体内ECM，以培养人外阴癌相关成纤维细胞（vCAFs）、端粒酶永生化正常成纤维细胞（TIFs）和原代人肺成纤维细胞。通过免疫荧光染色（检测α-平滑肌肌动蛋白αSMA、YAP、核纤层蛋白Lamin A/B、组蛋白修饰H3K27me3/H3K4me3等）和定量图像分析评估细胞活化状态、核形态及染色质空间定位。利用功能阻断抗体（如抗β1整合素的AIIB2）、小分子抑制剂（如formin抑制剂SMIFH2、HDAC抑制剂曲古抑菌素A TSA）以及siRNA基因敲低（针对mDia2、FHOD1）进行机制研究。
2.1 持续肌成纤维细胞活化需要长期暴露于高硬度ECM及其硬度依赖性分泌因子
研究人员首先发现，在FN包被的25 kPa水凝胶上，vCAFs表现出最大的短暂活化。要诱导持续活化（即在软基质上重新铺板后仍保持活化），细胞需要在25 kPa硬基质上培养长达8天，并且重新铺板时需要使用在硬基质上培养最后24小时收集的条件培养基。这表明，持续活化既需要长期暴露于高硬度ECM，也需要ECM硬度依赖性分泌因子的积累。其他类型的成纤维细胞（TIFs和原代人肺成纤维细胞）也表现出类似的要求。
2.2 核纤层和染色质在长期暴露于高硬度ECM过程中被重塑
研究表明，抑制组蛋白去乙酰化酶（HDACs）可减少持续活化，而抑制组蛋白乙酰转移酶（HATs）则无此效果，提示染色质修饰参与其中。形态学分析发现，细胞在软ECM（0.5 kPa）上核纤层（Lamin B）皱褶较多，而在硬ECM（25 kPa）上则更平滑。更重要的是，通过共聚焦成像和定量分析发现，在软ECM上，异染色质标记H3K27me3和常染色质标记H3K4me3的簇与核纤层（Lamin A）的接触比例更高；而在硬ECM上，这两种染色质标记与核纤层的接触均减少。这意味着长期暴露于硬ECM导致了染色质在核纤层周围的空间重排。
2.3 ECM硬度依赖性持续肌成纤维细胞活化需要在长期暴露于高硬度ECM期间激活β1家族整合素
降低ECM配体（FN）密度或使用抗体阻断β1整合素，都能破坏持续活化。这些处理导致细胞在硬ECM上培养8天后，核纤层发生皱褶，并且H3K27me3和H3K4me3簇在核纤层的定位比例回升到与软ECM上相似的水平。这表明，在硬ECM上达到一定阈值的β1整合素激活，对于维持核纤层平滑并改变其与染色质的物理关联是必需的。
2.4 mDia2是ECM硬度介导的持续活化所必需的，它独立于核纤层-肌动蛋白耦合来调节染色质组织
使用formin家族抑制剂SMIFH2（而非Arp2/3复合物抑制剂CK-666）处理，可破坏持续活化并导致核纤层皱褶。进一步的基因敲低实验表明，形成蛋白mDia2（而非FHOD1）的敲低能特异性破坏持续活化，但不影响短暂活化。有趣的是，mDia2敲低并不引起核纤层明显的形态学皱褶，却特异性地增加了常染色质标记H3K4me3簇在核纤层的定位。对核内肌动蛋白的分析提示，mDia2敲低细胞核内F-肌动蛋白分布发生改变。这些结果说明，mDia2通过其潜在的核内肌动蛋白组装功能来调节染色质组织，从而影响持续活化，这一过程独立于核纤层-肌动蛋白的耦合。
2.5 组蛋白去乙酰化作用于整合素和mDia2信号下游，介导持续肌成纤维细胞活化
最后，研究人员进行了“挽救”实验。在β1整合素被阻断或mDia2被敲低的条件下，加入HDAC抑制剂TSA处理，能够恢复细胞在软基质上的持续活化能力（表现为αSMA+细胞、YAP N/C比率和细胞铺展面积的回升）。然而，TSA处理并未完全逆转由β1整合素阻断或mDia2敲低引起的染色质-核纤层关联变化。这表明，组蛋白去乙酰化是整合素和mDia2通路下游的关键效应事件，驱动持续活化甚至可以独立于大规模的染色质重定位而发生。
研究结论与讨论
本研究揭示了成纤维细胞在长期暴露于高硬度ECM后，通过两条通路获得持续活化“记忆”的机制：一条是β1整合素-核纤层组织依赖的通路，另一条是形成蛋白mDia2依赖但独立于核纤层形态改变的通路（可能通过调节核内肌动蛋白）。两条通路最终汇聚于改变染色质-核纤层的相互作用，并通过下游的组蛋白去乙酰化等染色质修饰，将机械信号“固化”为表观遗传记忆。重要的是，持续活化可以在没有大规模染色质重定位的情况下发生，强调了染色质修饰本身的核心作用。
这项研究将“机械记忆”的概念延伸至肿瘤微环境，阐明了癌症相关成纤维细胞获得稳定收缩表型、驱动基质重塑和促转移生态位形成的潜在机制。它不仅加深了我们对纤维化病理机制的理解，也为靶向肿瘤基质、干预纤维化疾病提供了新的理论依据和潜在的干预靶点（如整合素信号、mDia2或特定的染色质修饰酶）。研究提示，针对ECM力学特性与表观遗传交叉点的干预策略，可能为改善组织修复、抑制纤维化及癌症进展开辟新途径。
