流體剪切力和基底剛度對小鼠骨肉瘤細(xì)胞相關(guān)蛋白活性和成骨的影響

來源：上海泉眾機(jī)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(xì)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(shù)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(xì)胞類型是骨髓間充質(zhì)干細(xì)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(fù)的許多方面起著關(guān)鍵作用。

Yes-Associated Protein （YAP）相關(guān)蛋白是一種有效的生長促進(jìn)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(guān)。YAP 活性受到腫瘤抑制性 Hippo 途徑的控制。

骨細(xì)胞對局部間質(zhì)液運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力高度敏感。實(shí)體瘤的發(fā)展已被證明會(huì)導(dǎo)致不同的局部液體運(yùn)動(dòng)，并增加組織內(nèi)的間質(zhì)壓力。這導(dǎo)致在整個(gè)腫瘤塊及其局部微環(huán)境中產(chǎn)生不同的流體流動(dòng)剪切應(yīng)力 (FFSS) 。

因此，了解OS細(xì)胞在代表腫瘤微環(huán)境的不同物理/機(jī)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(jìn)展的一個(gè)重要方面。

以此為起點(diǎn)，來自紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院骨科、紐約城市學(xué)院生物醫(yī)學(xué)系等醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)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(xué)術(shù)研究報(bào)告。

該研究團(tuán)隊(duì)在基因水平上測試了骨肉瘤細(xì)胞對與腫瘤微環(huán)境相關(guān)的兩種不同機(jī)械刺激的反應(yīng)。第一種是有流體在表面上流動(dòng)，第二種是下面的表面很堅(jiān)硬。在研究中，發(fā)現(xiàn)流體流動(dòng)尤其具有改變 OS 癌細(xì)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(shí)驗(yàn)

流體流動(dòng)剪切應(yīng)力 (FFSS)

對于FFSS 研究，將 mOS482 細(xì)胞以 1 × 10⁵細(xì)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(shí)。然后將細(xì)胞置于商業(yè)流體流動(dòng)系統(tǒng)中，在計(jì)算的剪切應(yīng)力水平（在細(xì)胞表面）為 1 kPa 時(shí)，使它們經(jīng)受連續(xù)層流流體流動(dòng)。對照細(xì)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(dòng)。然后收集和處理細(xì)胞用于后續(xù)分析。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論

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

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

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

成骨基因表達(dá)也隨著FFSS的增加而增加，這種效果在 shSox2 細(xì)胞中更明顯，Sox2 水平降低。與對照細(xì)胞 (scr) 相比，通過 shSox2 細(xì)胞中 Sox2 的減少，Runx2 的表達(dá)似乎沒有變化，但在兩組中都被 FFSS 增加（A），而僅在 shSox2 細(xì)胞中，通過 FFSS 的 osterix 和骨鈣素表達(dá)顯著增加（B、C)。相比之下，OPG 表達(dá)隨著 FFSS 在 scr 細(xì)胞中增加，但在 shSox2 細(xì)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(fù)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(guān)的 OS 組織特性。平衡后的機(jī)械測試（ B）證實(shí)了我們兩組中的這些平均值（C）。接下來，底物剛度對細(xì)胞增殖的影響表明，剛度增加導(dǎo)致 scr 細(xì)胞中細(xì)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(yùn)動(dòng)或其中的剛度水平可以增加其進(jìn)展過程。

參考文獻(xiàn)：[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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