一年发4篇Nature、Nature Materials，细胞外基质软硬度再发Nature Mate...

我们知道，细胞外基质是细胞的土壤，其拓扑结构和组成都会影响细胞的增殖与分化。目前研究最多的是关于基质的硬度对于干细胞和肿瘤细胞的影响。对于干细胞而言大部分集中在基质硬度影响其分化的能力，这也是非常有意思的研究方向，前几年再生医学方向也进行了许多的研究，如今年发表在Nature上的综述，就回顾了组织和ECM的复杂机械行为，讨论了ECM粘弹性对细胞的影响的最新工作，并描述了在再生医学中使用粘弹性生物材料的潜力。

而近年来，对于肿瘤组织处的细胞外基质的软硬度对于肿瘤细胞的侵袭性的影响的研究，很是热门。例如今年9月份Nature杂志上发表的研究论文，研究表明基底膜的软化和增强的重塑促进肿瘤出芽，而基底膜的变硬则促进折叠（进而进行入侵体内）。

再前些时候，2月份，Nature上还发表了一篇关于机械调节细胞骨架与细胞糖酵解之间的关系。加州大学旧金山分校Valerie M. Weaver等人对此进行点评，说明肿瘤通常比正常组织僵硬，并且显示出异常快速的葡萄糖代谢。结果表明，这两个特征之间的联系涉及细胞中蛋白丝网络中的张力。

此外，Nature Materials上也发表了关于ECM刚度的研究论文，研究发现致癌驱动因素（例如受体酪氨酸激酶（RTK）和Ras）与ECM刚性有关。

因此，先前的研究表明，细胞外基质（ECM）积累伴随实体瘤的形成，而肿瘤ECM由逐渐重组和硬化的间质胶原组成。肿瘤纤维化会减弱治疗效果，并伴有不良的患者预后。分化程度较低的肿瘤更具纤维化性，并且肿瘤纤维化预示着患者的生存状况较差。其中，胰腺导管腺癌患者被坚硬的、较厚的胶原蛋白包围，生存期较短，而基质最坚硬的浸润性乳腺癌最具有侵略性。细胞培养和体内研究为胶原组织、基质硬度和肿瘤进展之间的因果关系提供了证据。这些数据也强调了我们需要弄清肿瘤相关胶原蛋白的分子性质和基质硬度，以鉴定生物标志物和抗癌治疗剂。

I型间质纤维胶原蛋白是ECM成分，可调节组织的抗拉强度。胶原蛋白的抗拉强度受两种酶的调节：

1）赖氨酰氧化酶（LOXs），它们通过分子间共价交联来调节新合成的胶原蛋白分子的原纤维形成；

2）赖氨酰羟化酶（LHs），它们催化赖氨酸残基的翻译后修饰，从而指定了交联反应产物的特征。

人肿瘤表达高水平的LOX和LH。而且，有研究表明调节这两种酶可以调节肿瘤的生长和转移，这意味着靶向胶原蛋白交联酶具有临床价值。但是临床试验还存在脱靶效应的影响。

此外，纤维化组织会发炎，而炎症则促进纤维化。肿瘤炎症会促进癌症的侵袭，而预防炎症会减少转移并改善抗肿瘤治疗。然而，目前炎症是否通过诱导基质硬化来促进这些表型尚不清楚。

成果简介：

于此， 为了探索胶原蛋白交联在恶性肿瘤中的作用，加州大学旧金山分校Valerie M. Weaver等人开发了一种交联氨基酸分析（xAAA）方法，该方法能够表征各种胶原蛋白水平范围内组织中特定的胶原蛋白交联。他们分析了赖氨酰羟化酶介导和赖氨酰氧化酶介导的胶原蛋白交联，并量化了具有最硬基质的侵袭性人类乳腺癌亚型中总胶原蛋白和复杂胶原蛋白交联的最大丰度。而且，该技术揭示了在胶原蛋白浓度非常低或非常高的临床标本中，胶原蛋白交联与丰度之间呈正相关。该方法确定了依赖LH2的羟赖氨酸醛（Hylald）衍生的胶原交联子集（HLCC）对于组织的机械强度至关重要。成果发表在Nature Materials上。

具有最硬基质的侵袭性人类乳腺癌具有最大数量的肿瘤相关巨噬细胞，在实验模型中，这些巨噬细胞的治疗性削弱能减少了转移，还能减少胶原交联和间质硬化。交联酶赖氨酰氧化酶的上皮靶向表达对PyMT乳腺肿瘤中的胶原交联没有影响，而靶向基质细胞则有影响。

数据显示，在恶性肿瘤的早期，胶原交联酶和胶原交联的表达增加，同时肿瘤细胞浸润和浸润性巨噬细胞积聚。这可以解释为什么迄今为止针对晚期肿瘤中的LOX和LOXL2的治疗药物未能延长乳腺癌患者的生存期。此外，对一组乳腺癌患者进行活检的免疫组织化学分析表明，赖氨酰羟化酶2的基质表达与疾病特异性死亡率显着相关。

图|羟赖氨酸胶原蛋白交联的丰度与人类乳腺癌的侵袭有关

在已建立的浸润性肿瘤中，基质可能含有高水平的交联胶原蛋白，因此尽管这些试剂可防止进一步的胶原蛋白交联活性，但它们无法逆转已经存在于组织中的交联键或胶原蛋白修饰。取而代之的是，基质LH2的可检测增加可能提供疾病侵袭的早期预后标志物，可以为干预措施和治疗策略提供依据。

图|基质衍生的LOX调节胶原蛋白的交联和硬化

小结：

总而言之，研究表明，基质LH2是乳腺癌生存率的有力预测指标，这些发现将组织炎症、基质细胞介导的胶原交联和硬化与肿瘤侵袭性联系起来，并确定赖氨酰羟化酶2作为基质生物标志物。确实，结果表明，LH2衍生的胶原交联不仅是TN乳腺癌基质硬度的独特特征，而且可以预测DMFS。未来需要使用实验模型进行研究，以确认基质LH2，肿瘤侵袭性和转移之间是否存在因果关系。无论如何，这些发现暗示着胶原蛋白交联的特征而不仅仅是交联的丰度，可能会在调节肿瘤的侵袭性起关键作用。

参考文献：

Maller, O., et al. Tumour-associated macrophages drive stromal cell-dependent collagen crosslinking and stiffening to promote breast cancer aggression. Nat. Mater. (2020).

https:///10.1038/s41563-020-00849-5