癌細(xì)胞能夠在無(wú)需DNA突變的情況下改變自身表型,這種“可塑性”可顯著影響腫瘤行為,并對(duì)疾病進(jìn)展與治療反應(yīng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響.黑色素瘤在這方面尤為突出,早期研究顯示,即使攜帶相同驅(qū)動(dòng)突變,不同黑色素瘤細(xì)胞仍可呈現(xiàn)出高度異質(zhì)的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)與行為模式,提示細(xì)胞命運(yùn)不僅取決于基因突變,還受到更為靈活的調(diào)控機(jī)制影響.
近年來(lái)多項(xiàng)研究進(jìn)一步揭示,大多數(shù)腫瘤并非由單一分子狀態(tài)的細(xì)胞組成,而是由多個(gè)異質(zhì)性但可重復(fù)的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)共同構(gòu)成.細(xì)胞可在這些狀態(tài)之間動(dòng)態(tài)切換,從而獲得侵襲性 干細(xì)胞樣特性或藥物耐受性.這類表型變化通常不依賴于新發(fā)突變,而是通過(guò)轉(zhuǎn)錄 表觀遺傳和代謝網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重編程實(shí)現(xiàn).這種“非遺傳性可塑性”已成為癌癥研究與治療中的關(guān)鍵挑戰(zhàn),深入理解其分子機(jī)制及驅(qū)動(dòng)信號(hào),將為開發(fā)持久抑制腫瘤進(jìn)展與耐藥的新型策略提供重要契機(jī).
近日,紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心Richard M. White團(tuán)隊(duì)在《Nature》發(fā)表題為“Mechanical confinement governs phenotypic plasticity in melanoma”的研究.該研究利用斑馬魚模型及人類樣本,揭示腫瘤前沿細(xì)胞在機(jī)械擠壓作用下形成乙�；⒐軜�(gòu)成的“護(hù)核籠”,并上調(diào)HMGB2蛋白,通過(guò)LINC復(fù)合體將力學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)至染色質(zhì),誘導(dǎo)細(xì)胞去分化為神經(jīng)樣侵襲態(tài).這一過(guò)程不僅促使細(xì)胞在“增殖-侵襲”表型間切換,還增強(qiáng)了對(duì)靶向藥物的耐受性,凸顯力學(xué)微環(huán)境在腫瘤可塑性中的核心作用.
通過(guò)分析斑馬魚及人類黑色素瘤的空間轉(zhuǎn)錄組與單細(xì)胞數(shù)據(jù),作者發(fā)現(xiàn)約12%的腫瘤-微環(huán)境交界處細(xì)胞呈現(xiàn)獨(dú)特的“交界處狀態(tài)”.在人類樣本中,這類細(xì)胞多見(jiàn)于免疫治療耐藥患者,表現(xiàn)為未分化特征,顯著上調(diào)未分化相關(guān)基因 下調(diào)黑色素細(xì)胞分化基因.同時(shí),交界處細(xì)胞還高表達(dá)神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因,并受轉(zhuǎn)錄因子SOX9（上調(diào)）及MITF SOX10（下調(diào)）調(diào)控,呈現(xiàn)神經(jīng)發(fā)育相關(guān)的侵襲表型.
組織學(xué)分析顯示,進(jìn)入微環(huán)境的腫瘤細(xì)胞核明顯拉長(zhǎng),提示其處于機(jī)械壓力狀態(tài).為模擬此過(guò)程,作者在體外將A375黑色素瘤細(xì)胞壓縮至3 µm厚度,RNA測(cè)序結(jié)果顯示機(jī)械限制引發(fā)顯著轉(zhuǎn)錄變化,受限細(xì)胞上調(diào)神經(jīng)相關(guān)通路,其表達(dá)譜與人類交界處細(xì)胞高度重疊,表明機(jī)械限制是驅(qū)動(dòng)交界處細(xì)胞獲得侵襲性神經(jīng)特征的關(guān)鍵因素.
在細(xì)胞骨架層面,受限細(xì)胞在2–4小時(shí)內(nèi)迅速形成核周彎曲的微管網(wǎng)絡(luò),乙�；揎楋@著增強(qiáng),微管穩(wěn)定性提高.該結(jié)構(gòu)類似于神經(jīng)元遷移中的“護(hù)核籠”,可保護(hù)細(xì)胞核免受外力損傷.敲除乙酰轉(zhuǎn)移酶ATAT1后該結(jié)構(gòu)消失,表明ATAT1是響應(yīng)機(jī)械應(yīng)力并穩(wěn)定微管的關(guān)鍵酶.
進(jìn)一步分析斑馬魚與人類轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),交界處細(xì)胞持續(xù)上調(diào)高遷移率族蛋白,其中HMGB2在受限條件下特異性積累,而HMGB1與HMGA1未出現(xiàn)相同變化.人類黑色素瘤組織微陣列顯示,約半數(shù)樣本的侵襲前沿存在HMGB2高表達(dá)與乙�；⒐芨患�.類似現(xiàn)象在胰腺癌與膀胱癌模型中也得到驗(yàn)證,提示HMGB2是連接機(jī)械應(yīng)力與染色質(zhì)重塑的核心分子.
作者隨后通過(guò)鄰近標(biāo)記蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù),發(fā)現(xiàn)HMGB2與LINC復(fù)合體成員nesprin-2存在相互作用.敲低nesprin-2編碼基因可消除HMGB2積累與核周微管網(wǎng)絡(luò),表明機(jī)械外力通過(guò)骨架-核骨架橋接系統(tǒng)傳遞至染色質(zhì).受限細(xì)胞核的剛度增強(qiáng),層粘連蛋白A/C表達(dá)上升,顯示細(xì)胞核亦發(fā)生結(jié)構(gòu)性重塑,從而增強(qiáng)對(duì)機(jī)械應(yīng)力的抵抗.
在染色質(zhì)層面,HMGB2穩(wěn)定結(jié)合核內(nèi)DNA,增加染色質(zhì)可及性.ATAC-seq與ChIP-seq分析顯示,HMGB2激活神經(jīng)嵴與神經(jīng)發(fā)育相關(guān)位點(diǎn),并直接結(jié)合Notch信號(hào)與AP-1通路基因,推動(dòng)細(xì)胞向神經(jīng)樣侵襲態(tài)轉(zhuǎn)變.轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明,HMGB2過(guò)表達(dá)細(xì)胞呈現(xiàn)間充質(zhì)與侵襲性形態(tài),上調(diào)UNC5D SPP1等遷移相關(guān)基因,證實(shí)HMGB2通過(guò)調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)侵襲性神經(jīng)狀態(tài).
功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了HMGB2的關(guān)鍵作用.受限細(xì)胞迅速退出細(xì)胞周期,FUCCI成像顯示其停止分裂并轉(zhuǎn)向遷移程序.敲除HMGB2抑制侵襲能力,而過(guò)表達(dá)則增強(qiáng)侵襲行為.在斑馬魚模型中,敲除hmgb2a與hmgb2b導(dǎo)致腫瘤增殖增強(qiáng)但侵襲減少,進(jìn)一步確認(rèn)HMGB2促進(jìn)侵襲表型,其缺失則傾向增殖狀態(tài).
在耐藥性方面,受限細(xì)胞對(duì)紫杉醇誘導(dǎo)的凋亡幾乎完全抵抗,HMGB2過(guò)表達(dá)小鼠模型對(duì)達(dá)拉非尼與曲美替尼聯(lián)合治療亦表現(xiàn)出耐藥,表明機(jī)械限制通過(guò)HMGB2上調(diào)不僅誘導(dǎo)侵襲表型,還直接促進(jìn)靶向治療耐受.
綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn)腫瘤前沿細(xì)胞在機(jī)械擠壓下,依賴乙�；⒐�“護(hù)核籠”和LINC復(fù)合體,將外部壓力傳導(dǎo)至核內(nèi),誘導(dǎo)HMGB2上調(diào)并重塑染色質(zhì),從而切換為具神經(jīng)樣特征的侵襲態(tài).這種力學(xué)驅(qū)動(dòng)的表型可塑性不僅增強(qiáng)腫瘤侵襲,還使其對(duì)靶向療法更具耐受性,揭示外力在癌癥可塑性和耐藥中的關(guān)鍵作用.
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09445-6
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