癌癥已成為全球人類死亡的第二大原因，超過 90% 的癌癥相關(guān)死亡歸因于轉(zhuǎn)移性傳播。腫瘤細胞主要通過血行播散轉(zhuǎn)移到遠端器官。因此，循環(huán)腫瘤細胞 (CTC) 在血管系統(tǒng)中的存活對整個轉(zhuǎn)移過程的效率至關(guān)重要。  

CTC 離開具有保護作用的原發(fā)腫瘤微環(huán)境并進入血管后，處于懸浮狀態(tài)，易受血液循環(huán)中各種因素的影響。然而，仍然存在一小部分 CTC 亞群，它們可以在血行播散中存活并最終在遠端器官中產(chǎn)生轉(zhuǎn)移。因此，揭示腫瘤細胞在血液循環(huán)過程中的生存機制對于有效預防腫瘤轉(zhuǎn)移至關(guān)重要。

盡管各種生化因子在 CTC 存活和轉(zhuǎn)移中具有重要作用，但細胞具有感知機械刺激的能力，這些機械刺激可通過機械轉(zhuǎn)導轉(zhuǎn)化為生化信號。流體剪切應力促進貼壁腫瘤細胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化 (EMT)，上皮細胞通過這一過程向間充質(zhì)細胞狀態(tài)過渡，并增強細胞的運動性和癌癥干細胞 (CSC) 的特性。相比之下，流體剪切應力對懸浮腫瘤細胞的影響仍然知之甚少。

EMT 已被證明可以促進腫瘤細胞存活并賦予傳統(tǒng)腫瘤細胞 CSC 的特性。除了許多生化信號外，機械刺激也可能影響 EMT 過程。然而，流體剪切應力如何影響懸浮 CTC 的 EMT 表型尚未*了解。特別是，剪切力誘導的 EMT 變化如何影響血液剪切流中的 CTC 存活尚不清楚。

基于此，香港理工大學深圳研究院以及香港理工大學生物醫(yī)學工程學系的專家團隊進行了更深層次的研究，在 International Journal of Molecular Sciences 上發(fā)表了題為《Fluid Shear Stress Induces EMT of Circulating Tumor Cells via JNK Signaling in Favor of Their Survival during Hematogenous Dissemination》的實驗論文。

在這項研究中，采用體外循環(huán)系統(tǒng)來產(chǎn)生生理水平的流體剪切應力，模擬血液在血管中的剪切流動。當檢測細胞活性和 EMT 表型時，將腫瘤細胞在懸浮狀態(tài)下暴露于各種水平的流體剪切應力下。通過機制研究，探討剪切介導的 EMT 機制，特別是 c-Jun N-terminal 激酶 (JNK) 信號的轉(zhuǎn)導機制。此外，實驗研究了剪切誘導的 EMT 和 JNK 信號通路在 CTCs 在流體剪切流中存活中的作用。最后還分析了 EMT 和 JNK 信號通路與患者存活率之間的相關(guān)性。

實驗結(jié)果

腫瘤細胞在血行播散過程中經(jīng)歷了相當大的流體剪切應力。該實驗利用體外系統(tǒng)來模擬血液剪切流（圖1）。靜脈和動脈循環(huán)內(nèi)的平均剪切應力分別為 0.5-4 dynes/cm2 和 4-30 dynes/cm2。血管系統(tǒng)中 CTCs 的持續(xù)時間在 12 小時內(nèi)。因此，本研究采用 20 dyne/cm2 范圍內(nèi)的流體剪切應力和 12h 內(nèi)的循環(huán)時間。

為了探討流體剪切應力對懸浮腫瘤細胞活性的影響，不同惡性程度的乳腺癌細胞在不同水平的剪切應力下循環(huán)不同的時間。結(jié)果表明，在一定剪切應力下，懸浮CTCs 的活性隨循環(huán)時間的延長而逐漸降低（圖2 a-d）。在不同時間點，20 dynes/cm2 切應力下的細胞存活率明顯低于 0 dynes/cm2 切應力下的細胞存活率。

Annexin V 分析進一步證實了這些發(fā)現(xiàn)（圖2 e、f）。在四種乳腺癌細胞系中也觀察到類似的現(xiàn)象（SKBR3、MCF-7、MDA-MB-468 和 MDA-MB-231；圖2）。這些結(jié)果表明，流體剪切應力消除了大部分懸浮的 CTCs。

圖三

圖四

此外，該實驗還表明，流體剪切應力促進上皮細胞向間充質(zhì)細胞的轉(zhuǎn)變，并維持預先存在的間充質(zhì)亞群的表型。

然后，實驗還研究了剪切誘導的 EMT 對懸浮 CTCs 在流體剪切應力下的存活的影響。結(jié)果顯示，0 和 20 dyne/cm2 剪切應力處理后存活的腫瘤細胞比未處理的細胞具有更高的生存能力，提示剪切誘導的 EMT 與剪切流下較高的生存能力相關(guān)。然后進一步探討了在剪切應力下 EMT 在 CTCs 存活中的作用。最終結(jié)果表明，剪切誘導的 EMT 表型促進了 CTCs 在血液剪切流中的存活。

最后，實驗進一步檢測了患者腫瘤和 CTCs 中 EMT 基因、Bcl-2 和 JNK 靶基因 JUN 的表達與乳腺癌患者存活率之間的相關(guān)性。結(jié)果顯示，這些基因的高表達促進了 CTCs 在血液剪切應力下的存活，這可能會增加轉(zhuǎn)移風險并降低患者存活率。

實驗結(jié)論

該研究表明，血液循環(huán)中的流體剪切應力不僅消除了大部分懸浮的 CTCs，而且通過 JNK 信號將上皮腫瘤細胞轉(zhuǎn)變?yōu)殚g充質(zhì)狀態(tài)，并維持預先存在的間充質(zhì)細胞的表型，從而促進了存活腫瘤細胞中的 EMT 表型。重要的是，剪切誘導的 EMT 通過抑制 PUMA 的表達和激活 JNK 信號通路，促進懸浮 CTCs 在血液剪切應力下的存活。

此外，EMT 基因和 JNK 基因 JUN 的表達與患者存活率低相關(guān)。該研究發(fā)現(xiàn)揭示了血液循環(huán)中流體剪切應力對CTCs 的雙重影響，并為力學在腫瘤轉(zhuǎn)移中的作用提供了新的見解。

參考文獻：Xin Y, Li K, Yang M, Tan Y. Fluid Shear Stress Induces EMT of Circulating Tumor Cells via JNK Signaling in Favor of Their Survival during Hematogenous Dissemination. Int J Mol Sci. 2020 Oct 30;21(21):8115. doi: 10.3390/ijms21218115. PMID: 33143160; PMCID: PMC7663710.

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