Mechanobiol Med：机械约束或能引导胶质母细胞瘤癌症干细胞的空间模式

近日，一篇发表在国际杂志Mechanobiology in Medicine上题为“Mechanical constraints in tumor guide emergent spatial patterns of glioblastoma cancer stem cells”的研究报告中，来自纽约大学等机构的科学家们通过研究发现了机械约束在人类胶质母细胞瘤中的作用，文章中，研究人员探讨了胶质母细胞瘤中癌症干细胞的机械约束所介导的出现和空间模式背后的潜在机械转导机制。

利用2D微模式多细胞模型，研究人员发现，Piezo1能与黏着斑、钙粘素和下游细胞骨架机器合作，并调节癌细胞对胶质母细胞瘤肿瘤微环境中机械约束的机械感知，从而指导肿瘤干细胞的空间模式。胶质母细胞瘤（GBM）是一种起源于胶质细胞的最具侵袭性的脑部肿瘤，其特点是肿瘤微环境中存在较高比例具有干性样特性的癌细胞，这些细胞亚群（癌症干细胞或肿瘤干细胞）是由其自我更新和肿瘤启动能力所定义的。

癌症干细胞与肿瘤发生、转移和对癌症疗法的高度耐受性，以及患者较低的生存率密切相关，尽管其具有一定的预后意义，但在胶质母细胞瘤中癌症干细胞的起源仍然未被完全理解，癌症干细胞的出现存在内在和外在的因素。胶质母细胞瘤的一个主要机械特征就是肿瘤内部因刚性环境对肿瘤的物理限制所积累的压力，在这种情况下，过度拥挤的肿瘤微环境中的胶质母细胞瘤细胞就会受到影响细胞体和细胞核的机械约束，从而导致多种细胞改变，比如细胞可变形性、牵引力和癌细胞DNA的转录等。

机械约束或能引导胶质母细胞瘤癌症干细胞的空间模式

图片来源：Mechanobiology in Medicine (2023). DOI:10.1016/j.mbm.2023.100027

此外，在局限的肿瘤微环境中所产生的机械压力梯度也会机械性地诱导不同区域中癌细胞的恶性表型，并影响肿瘤中癌症干细胞的出现和空间分布；近年来的研究结果发现，无论是在体内还是在体外，肿瘤组织中癌症干细胞的分布都是不均匀的，比如上皮间质转化和癌症干细胞就会优先出现在细胞单层的外周区域中。尽管大量证据支持肿瘤微环境中的这些机械线索会影响癌症干细胞的表型和机械特性，但研究人员尚不清楚由于机械约束所产生的细胞内和细胞间的协同作用是如何调节胶质母细胞瘤中癌症干细胞的出现和空间模式的；更重要的是，研究人员对于引起胶质母细胞瘤中癌症干细胞的出现并维持其空间异质性背后潜在机械敏感信号知之甚少。

这项研究中，研究人员利用2D微模式多细胞模型来分析肿瘤中机械约束对胶质母细胞瘤中癌症干细胞的出现和空间模式所产生的影响，他们专门分析了细胞-细胞外基质和细胞-细胞间相互作用所产生力之间的相互作用是如何指导胶质母细胞瘤中癌症干细胞的出现和空间分布的。在不同的几何多细胞模式下，外周区域中的胶质母细胞瘤细胞都会表达高水平的癌症干细胞标志物，而癌症干细胞的明显空间模式或许与局限环境中所产生的机械压力梯度是相对应的。

文章中，研究人员进一步强调了Piezo1机械敏感通道、整合素和钙粘素在调节胶质母细胞瘤细胞机械感知中的协调作用，并证明了Piezo1的上调或许在胶质母细胞瘤细胞向癌症干细胞的表型转换中扮演着重要角色，相关研究发现强调了来自细胞收缩性和细胞间相互作用的机械力在确定胶质母细胞瘤中癌症干细胞特殊空间模式中的作用，这些机械力来自多细胞组织中的机械约束。

综上，本文研究为阐明胶质母细胞瘤中爱这个干细胞独特空间模式的生物物理起源提供了新的见解，并为开发新型靶向性治疗策略提供了潜在的途径。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Ngoc Luu,Shuhao Zhang,Raymond H.W. Lam，et al. Mechanical constraints in tumor guide emergent spatial patterns of glioblastoma cancer stem cells, Mechanobiology in Medicine (2023). DOI: 10.1016/j.mbm.2023.100027