轉(zhuǎn)移是結(jié)直腸癌 (CRC) 患者的常見(jiàn)死亡原因。此外，循環(huán)腫瘤細(xì)胞 (CTCs) 與腫瘤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，已成為預(yù)測(cè)腫瘤復(fù)發(fā)和患者死亡率的重要生物標(biāo)志物。盡管大多數(shù) CTCs 會(huì)在循環(huán)中死亡，但仍有大約0.1% 的 CTCs 設(shè)法作為傳播種子而存活，并最終復(fù)發(fā)。因此，探索CTCs的生物學(xué)特性，了解讓CTCs存活的因素，有利于消除這些隱藏的威脅，防止腫瘤轉(zhuǎn)移。

活細(xì)胞繼續(xù)感知并響應(yīng)機(jī)械力，機(jī)械力是細(xì)胞存活和功能的重要調(diào)節(jié)器。層流剪切應(yīng)力 (LSS) 是最關(guān)鍵的機(jī)械力之一，是液體在細(xì)胞表面流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力。LSS 對(duì) CTCs 產(chǎn)生持久影響，但關(guān)于 LSS 在 CTCs 中是如何感知和轉(zhuǎn)導(dǎo)的尚不清楚。

機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)分子具有感知和轉(zhuǎn)換各種機(jī)械力的能力，可以將物理刺激轉(zhuǎn)化為生物信號(hào)。據(jù)報(bào)道，作為一種新的 LSS 反應(yīng)分子，無(wú)調(diào)性 bHLH 轉(zhuǎn)錄因子 8 (ATOH8)在內(nèi)皮細(xì)胞中由 10 dyn/cm2 的LSS 誘導(dǎo)。此外，ATOH8還參與了多個(gè)生物學(xué)過(guò)程的機(jī)械因素調(diào)控，包括血管生成、骨骼肌形成和胚胎發(fā)育。在以往的研究中，ATOH8在腫瘤中的表達(dá)具有異質(zhì)性，其作為抑癌基因或促癌基因的作用仍存在爭(zhēng)議。簡(jiǎn)而言之，ATOH8 的作用及其在 CRC 進(jìn)展中感知 LSS 的能力值得進(jìn)一步研究。

基于此，南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院腫瘤科、中山大學(xué)第一附屬醫(yī)院胃腸外科中心等領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者進(jìn)行了深入研究，于 Journal of Experimental & Clinical Cancer Research 上發(fā)表了題為《Shear stress activates ATOH8 via autocrine VEGF promoting glycolysis dependent-survival of colorectal cancer cells in the circulation》的實(shí)驗(yàn)論文。

在該研究中，從 LSS 反應(yīng)分子 ATOH8 開(kāi)始，揭示了 LSS 促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞在循環(huán)中存活并最終可能導(dǎo)致血行轉(zhuǎn)移的機(jī)制。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

實(shí)驗(yàn)將暴露于 0–20 dyn/cm2 生理 LSS 的懸浮細(xì)胞定義為模擬循環(huán)腫瘤細(xì)胞 (m-CTC)，并在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中將其用作 CTC 的替代品。

首先將CRC 細(xì)胞系LoVo和SW480懸浮細(xì)胞加載到剪切應(yīng)力裝置中，檢測(cè)LSS反應(yīng)分子ATOH8的表達(dá)。在大小梯度 (0、5、10、20 dyn/cm 2；30 min) 和時(shí)間梯度 (10 dyn/cm 2；0、15、30、60 min) 剪切應(yīng)力刺激后，免疫熒光分析、定量聚合酶鏈反應(yīng) (qPCR) 和蛋白質(zhì)印跡 (WB) 結(jié)果同時(shí)顯示，表明 ATOH8在CRC m-CTCs中的表達(dá)水平和核定位均升高（圖1 a-f）。施加LSS 15 min后，CRC m-CTCs 中 ATOH8 的 mRNA 水平明顯增加，并在 4 h左右達(dá)到最大值（圖1 e、圖2）。

為了進(jìn)一步研究 ATOH8 在體內(nèi)對(duì)LSS的反應(yīng)，研究人員采集了外周血樣本并進(jìn)行 CTC 評(píng)估。數(shù)據(jù)表明 CRC CTC 中的 ATOH8 表達(dá)對(duì)LSS 敏感。

總之，LSS 可以觸發(fā) m-CTCs 中 ATOH8 的上調(diào)，這可能影響結(jié)直腸癌的血行轉(zhuǎn)移和預(yù)后。
 

圖 1

圖 2
 

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， ATOH8 分別有效地促進(jìn)了細(xì)胞遷移和侵入能力。此外，在懸浮的 LoVo 和 SW480 細(xì)胞中，檢測(cè)到抑制 ATOH8 對(duì)細(xì)胞凋亡的影響，而在 ATOH8 過(guò)表達(dá)組中細(xì)胞周期沒(méi)有顯著變化。上述數(shù)據(jù)表明 ATOH8 過(guò)表達(dá)可能通過(guò)抑制死亡而不是促進(jìn)增殖來(lái)增加 CTCs 的數(shù)量。

總之，體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，過(guò)表達(dá)ATOH8 的 m-CTCs 具有獨(dú)特的抵抗死亡的能力，并在 CRC 轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。

接下來(lái)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了ATOH8 通過(guò) HK2 介導(dǎo)的糖酵解促進(jìn) CRC m-CTCs 存活。

此外，實(shí)驗(yàn)觀察到 LSS 驅(qū)動(dòng)的 ATOH8 的分子可塑性促進(jìn)了 m-CTC 的存活。新出現(xiàn)的證據(jù)表明，細(xì)胞因子的分泌有助于LSS 相關(guān)的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)。生物信息學(xué)分析表明，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）是由LSS刺激的內(nèi)皮細(xì)胞（GSE13712和GSE52211）分泌的 (圖3 a)。

因此，實(shí)驗(yàn)研究了 CRC 細(xì)胞中的細(xì)胞因子和細(xì)胞因子受體的水平，發(fā)現(xiàn) LSS 顯著上調(diào)了VEGF。與ATOH8一致，通過(guò)LSS施加強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的逐漸增加，在兩種CRC m-CTCs 中均觀察到VEGF的上調(diào)和其分泌的增加（圖3 b-e；圖4）。值得注意的是，以往文獻(xiàn)表明，當(dāng)人脫落的乳牙暴露于4 dyn /cm2的剪切應(yīng)力約4h時(shí)，VEGF分泌逐漸達(dá)到平臺(tái)期，這與CRC m-CTCs中ATOH8 mRNA的變化趨勢(shì)相似。

事實(shí)上，在 VEGF 處理的懸浮 CRC 細(xì)胞中，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到較少的 ROS 積累和失巢凋亡。同時(shí)，VEGF提高了CRC m-CTCs的細(xì)胞活力，無(wú)論是活細(xì)胞還是死細(xì)胞實(shí)驗(yàn)都可以看出。這些結(jié)果表明 CRC m-CTCs 的自分泌 VEGF 可能有助于 LSS 誘導(dǎo)的 ATOH8 上調(diào)和細(xì)胞存活的變化。隨后，研究人員證實(shí)了該假設(shè)。

總之，這些發(fā)現(xiàn)表明 ATOH8 介導(dǎo)的促進(jìn)CRC m-CTC 存活的部分取決于 LSS 誘導(dǎo)的自分泌VEGF 信號(hào)。

圖 3

圖 4

VEGF 通過(guò)與 CRC 細(xì)胞中的 VEGF 受體 2 (VEGFR2) 結(jié)合發(fā)揮作用，同樣，目前的研究結(jié)果表明，VEGFR2在暴露于 LSS 的 CRC m-CTC s中上調(diào)（圖5）。隨后，實(shí)驗(yàn)證實(shí)， VEGFR2 相對(duì)負(fù)責(zé) CRC 細(xì)胞中 VEGF 介導(dǎo)的ATOH8 上調(diào)。
 

圖 5

AKT 和 ERK 信號(hào)通路都位于 VEGFR2 的下游，據(jù)報(bào)道它們與細(xì)胞存活有關(guān)。然而，目前尚不清楚AKT或ERK信號(hào)是否與VEGF / VEGFR2 / ATOH8 軸誘導(dǎo)的CTC存活有關(guān)。最后，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，VEGF 通過(guò)選擇性激活 VEGFR2-AKT 信號(hào)來(lái)上調(diào) ATOH8，這對(duì)于理解和靶向 m-CTC 存活的潛在機(jī)制具有重要意義（圖 6）。

圖 6

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

總的來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了 LSS 下 m-CTC 存活的一種新機(jī)械生物學(xué)機(jī)制，并證明了 ATOH8 抑制了 CRC m-CTC 中的細(xì)胞死亡，這是 CRC 轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟。

從機(jī)制上講，ATOH8 通過(guò) LSS 觸發(fā)的 VEGF-VEGFR2-AKT 信號(hào)通路在 CRC m-CTCs 中上調(diào)，從而主要通過(guò)促進(jìn) HK2 轉(zhuǎn)錄活性介導(dǎo) m-CTC 的存活，這對(duì)于有效預(yù)測(cè)腫瘤轉(zhuǎn)移或?qū)ふ倚碌腃TC 治療靶點(diǎn)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：Huang Q, Li S, Hu X, Sun M, Wu Q, Dai H, Tan Y, Sun F, Wang C, Rong X, Liao W, Peng J, Xiao J, Huang L, Wang J, Liang B, Lin K, Liu Y, Shi M. Shear stress activates ATOH8 via autocrine VEGF promoting glycolysis dependent-survival of colorectal cancer cells in the circulation. J Exp Clin Cancer Res. 2020 Jan 30;39(1):25. doi: 10.1186/s13046-020-1533-0. PMID: 32000836; PMCID: PMC6993408.

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