流體剪切力和基底剛度對小鼠骨肉瘤細胞相關蛋白活性和成骨的影響

來源：上海泉眾機電科技有限公司 2021年07月27日 10:20

骨肉瘤 (OS) 是一種侵襲性骨癌，起源于成骨細胞譜系，是常見的原發(fā)性骨惡性腫瘤。OS 腫瘤通常發(fā)生在兒童、青少年生長階段。

OS 的治療選擇通常是手術切除，和使用大劑量甲氨蝶呤、阿霉素或順鉑。這種病理的中心細胞類型是骨髓間充質(zhì)干細胞 (MSC)。最近研究發(fā)現(xiàn)， YAP（及其旁系同源物 TAZ）在骨骼發(fā)育、體內(nèi)平衡和修復的許多方面起著關鍵作用。

Yes-Associated Protein （YAP）相關蛋白是一種有效的生長促進劑，參與包括骨骼在內(nèi)的許多組織的健康生長和發(fā)育，但也被重新激活并與骨骼致瘤性密切相關。YAP 活性受到腫瘤抑制性 Hippo 途徑的控制。

骨細胞對局部間質(zhì)液運動產(chǎn)生的剪切應力高度敏感。實體瘤的發(fā)展已被證明會導致不同的局部液體運動，并增加組織內(nèi)的間質(zhì)壓力。這導致在整個腫瘤塊及其局部微環(huán)境中產(chǎn)生不同的流體流動剪切應力 (FFSS) 。

因此，了解OS細胞在代表腫瘤微環(huán)境的不同物理/機械特性(如FFSS/基質(zhì)剛度)環(huán)境中如何表現(xiàn)是了解疾病發(fā)展和進展的一個重要方面。

以此為起點，來自紐約大學醫(yī)學院骨科、紐約城市學院生物醫(yī)學系等醫(yī)學團隊聯(lián)合在《Cancers》雜志上發(fā)表了名為《The Effect of Fluid Flow Shear Stress and Substrate Stiffness on Yes-Associated Protein (YAP) Activity and Osteogenesis in Murine Osteosarcoma Cells.》的學術研究報告。

該研究團隊在基因水平上測試了骨肉瘤細胞對與腫瘤微環(huán)境相關的兩種不同機械刺激的反應。第一種是有流體在表面上流動，第二種是下面的表面很堅硬。在研究中，發(fā)現(xiàn)流體流動尤其具有改變 OS 癌細胞行為的能力，并且有可能用于減少它們的有害影響。

部分實驗

流體流動剪切應力 (FFSS)

對于FFSS 研究，將 mOS482 細胞以 1 × 10⁵細胞/載玻片的密度鋪在 I 型膠原涂層顯微鏡載玻片上，并在高葡萄糖 MEM 培養(yǎng)基中培養(yǎng) 24 小時。然后將細胞置于商業(yè)流體流動系統(tǒng)中，在計算的剪切應力水平（在細胞表面）為 1 kPa 時，使它們經(jīng)受連續(xù)層流流體流動。對照細胞鋪在載玻片上并保持在相同的培養(yǎng)基和條件下，但不流動。然后收集和處理細胞用于后續(xù)分析。
實驗結論

1.流體流動剪切應力 (FFSS) 研究由于 Sox2 在 OS 細胞中保持干性和活躍的核 YAP 表達，我們檢查了機械應力對表達高或低 Sox2 的細胞的影響，并使用共聚焦顯微鏡檢查了 YAP 細胞內(nèi)定位（A）。

使用和不使用 FFSS 評估核與細胞質(zhì) YAP 表達細胞的百分比。數(shù)據(jù)顯示，在單獨不存在 Sox2 的情況下（在 shSox2 細胞中），核 YAP 減少，但這種趨勢隨著 FFSS 應用于 shSox2 細胞而逆轉(zhuǎn)(B-D)。

除了亞細胞定位外，還評估了 YAP 下游靶標（CYR61、CTGF 和 BDNF）的表達水平，以確定其細胞內(nèi)活性。這些數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)FSS 顯著增加了 shSox2 細胞中 CYR61 和 BDNF 的表達，而在對照組中未觀察到顯著變化（E）。

成骨基因表達也隨著FFSS的增加而增加，這種效果在 shSox2 細胞中更明顯，Sox2 水平降低。與對照細胞 (scr) 相比，通過 shSox2 細胞中 Sox2 的減少，Runx2 的表達似乎沒有變化，但在兩組中都被 FFSS 增加（A），而僅在 shSox2 細胞中，通過 FFSS 的 osterix 和骨鈣素表達顯著增加（B、C)。相比之下，OPG 表達隨著 FFSS 在 scr 細胞中增加，但在 shSox2 細胞中沒有增加（D）。

2.基材剛度研究

聚丙烯酰胺 (PA) 水凝膠在這些研究中是可重復制造和表征的（A）。分別為“軟”和“硬”組選擇 1 和 60 kPa 的剛度值來代表相關的 OS 組織特性。平衡后的機械測試（ B）證實了我們兩組中的這些平均值（C）。接下來，底物剛度對細胞增殖的影響表明，剛度增加導致 scr 細胞中細胞增殖增加，但在沒有 Sox2 的情況下，這種影響減弱（D)。

綜上所述，這些數(shù)據(jù)表明，通過調(diào)節(jié) OS 腫瘤中的液體運動或其中的剛度水平可以增加其進展過程。

參考文獻：[1]Coughlin Thomas R,Sana Ali,Voss Kevin,Gadi Abhilash,BasuRoy Upal,Curtin Caroline M,Mansukhani Alka,Kennedy Oran D. The Effect of Fluid Flow Shear Stress and Substrate Stiffness on Yes-Associated Protein (YAP) Activity and Osteogenesis in Murine Osteosarcoma Cells.[J]. Cancers,2021,13(13).

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