大量研究表明，组织纤维化和细胞外基质（ECM）刚度促进肿瘤进展。ECM调节接触细胞的机制已被广泛研究，然而在肿瘤进展的微环境中，刚度如何影响细胞间通讯仍然是未知的。近日，来自美国宾夕法尼亚大学郭巍教授课题组的研究人员发现，刚性ECM促进肿瘤细胞的外泌体分泌，提出了一条连接刚性ECM与致癌信号和外泌体运输的分子途径，最终促进了肿瘤的进展。该研究揭示了一种调节外泌体分泌的分子机制，并为ECM的力学特性如何控制肿瘤生长的肿瘤微环境提供了见解。相关内容以“Stiff matrix induces exosome secretion to promote tumour growth”为题在线发表于2月16日的Nature Cell Biology杂志上。
组织纤维化和细胞外基质（ECM）刚度与许多肿瘤的进展有关，包括肝细胞癌、胰腺导管腺癌和乳腺癌。刚性细胞外基质促进细胞增殖、上皮细胞向间质细胞转变、转移和化疗耐药。刚性ECM的作用是由细胞张力的增加所介导的。具体而言，整合素通过黏附复合物的组装从ECM启动了转导信号，进而启动细胞内信号和肌动蛋白重塑。而张力的降低减弱了肿瘤细胞的增殖。虽然ECM调节细胞内信号的机制已经被广泛研究，但刚度如何影响肿瘤微环境和促进肿瘤生长的细胞间通信尚不清楚。
外泌体是多种细胞分泌的细胞外囊泡，广泛影响细胞间通信，包括肿瘤微环境。外泌体携带影响受体细胞病理生理的信号蛋白和microRNA等分子。外泌体是当胞内体的极限膜向腔内内陷形成多泡体（MVEs）时产生的。当MVE被运送到质膜并与质膜融合时，腔内囊泡作为外泌体从细胞中释放出来。Rab27等小GTPase的Rab家族是控制生物发生和外泌体释放的主要调控因子。在肿瘤中，外泌体已被证明能有效地影响肿瘤微环境并促进肿瘤发生和转移。然而，外泌体分泌是否受肿瘤细胞其他信号调节的机制尚不清楚。
在这项研究中，研究人员报道了一种刚性ECM刺激肿瘤细胞释放外泌体的新机制。研究人员结合蛋白质组学分析、生物化学和细胞生物学实验，描述了一种分子途径，将刚性ECM与Akt的激活联系起来，Akt反过来促进GTP向Rab8装载，从而驱动外泌体分泌。研究进一步证明，在刚性ECM上生长的细胞产生的外泌体有效地促进肿瘤生长。蛋白质组学分析显示，Notch信号通路在用来自刚性ECM上生长的肿瘤细胞的外泌体处理的细胞中被激活，这与对患者肝组织的基因表达分析一致。这项研究表明，ECM的物理性质不仅影响细胞的胞内信号传递，而且通过分泌外泌体影响肿瘤微环境。
图1：刚性ECM促进外泌体分泌。A：收集生长在软（0.5 kPa）或硬（10 kPa）基质（具有弹性模量的包裹胶原的聚丙烯酰胺凝胶）上的Huh7细胞的条件培养基，离心去除细胞碎片和大囊泡后，取含有外泌体的上清进行NTA测定。B：在Huh7细胞的全细胞裂解液和纯化的外泌体中免疫印迹外泌体标记物（HRS, Syntenin-1, Alix, Tsg101和CD63）。C：HRS、Syntenin-1、CD63、Alix和Tsg101水平的定量分析。在0.5 kPa基质上生长的细胞释放的外泌体上的蛋白质归一化为1。D-F：量化在不同刚度的基质上生长的相同数量的细胞（Huh7、Panc1和MCF7）释放的外泌体，将在0.5 kPa基质上生长的细胞释放的外泌体归一化为1。
图2：刚性基质诱导的外泌体促进肿瘤生长。A：PBS和相应外泌体在C57L/J小鼠中的注射，小鼠的Hepa1-6肿瘤的生长曲线。B：PBS、Exosoft（软基质来源外泌体）或Exostiff（刚性基质来源外泌体）治疗后C57L/J小鼠Hepa1-6肿瘤的重量。C-D：Exosoft或Exostiff处理的小鼠异种移植物上Ki67、PCNA和cleaved Caspase3的免疫组化。
参考文献：Stiff matrix induces exosome secretion to promote tumour growth. Nat Cell Biol. 2023 Feb 16. doi: 10.1038/s41556-023-01092-1.
