3D打印仿生局部刚性微环境通过m6A-YAP1轴增强糖酵解促进胰腺导管腺癌干细胞样表型

推荐：胰腺导管腺癌(PDAC)的肿瘤微环境(TME)机械异质性如何影响肿瘤干细胞(CSCs)特性尚不清楚。南通大学附属医院研究人员利用数字光处理(DLP)3D打印技术构建仿生局部刚性微环境，发现高刚性通过METTL14/IGF2BP3介导的m6A修饰稳定YAP1 mRNA，增强糖酵解并促进PDAC干细胞样表型，为靶向机械异质性治疗提供新思路。

　　

胰腺导管腺癌(PDAC)被称为"癌中之王"，其五年生存率不足10%，治疗抵抗和复发是临床面临的主要挑战。越来越多的证据表明，肿瘤干细胞(CSCs)是导致PDAC恶性进展和治疗失败的关键因素。有趣的是，CSCs并非固定不变的细胞亚群，而是可以通过微环境驱动的可塑性在干细胞和非干细胞状态间动态转换。PDAC最具特征性的肿瘤微环境(TME)是异常丰富的细胞外基质(ECM)形成的致密间质，这种"结缔组织增生"现象使得PDAC成为实体瘤中硬度最高的肿瘤之一。然而，既往研究多将PDAC机械环境简化为整体均匀的硬化，忽视了肿瘤内部固有的机械异质性可能创造的不同生态位，这成为阻碍机械生物学研究和治疗开发的关键知识缺口。

南通大学附属医院肝胆胰外科的研究团队在《Materials Today Bio》发表研究，通过整合空间转录组、单细胞测序和创新的生物制造技术，首次揭示了PDAC局部刚性微环境通过表观转录组调控促进肿瘤干细胞特性的新机制。研究人员首先通过纳米压痕技术绘制了人PDAC组织的刚性图谱(200-6000 Pa)，随后利用数字光处理(DLP)3D打印技术和脱甲基化生物墨水(GelMA&HAMA)构建了模拟PDAC机械异质性的仿生局部刚性微环境模型。通过qRT-PCR、免疫荧光、RNA免疫共沉淀(RIP)和RNA稳定性实验等关键技术，系统研究了机械信号-m⁶A-YAP1轴在调控糖酵解和干细胞表型中的作用。

3.1 空间转录组和单细胞测序提示PDAC CSCs的机械-糖酵解激活

分析PDAC原发灶和肝转移灶的空间转录组与单细胞数据发现，CSCs显著富集机械刺激响应、糖酵解过程和Hippo信号通路，暗示机械-代谢串扰可能调控PDAC干细胞特性。

3.2 人PDAC原发灶的空间刚性异质性

Masson和阿尔新蓝染色显示胶原和糖胺聚糖(GAGs)的异质性分布，纳米压痕检测揭示PDAC组织存在200-6000 Pa的刚性梯度，打破了PDAC机械环境均一化的传统认知。

3.3 DLP 3D打印构建刚性梯度PDAC微环境

开发的7.5% GelMA&1% HAMA脱甲基化生物墨水通过紫外交联时间调控刚性(193-5926 Pa)，成功构建了保持孔隙率和生物相容性的三梯度刚性微环境模型，为机械生物学研究提供了生理相关平台。

3.4 局部高刚性通过糖酵解重编程驱动干细胞表型

高刚性微环境显著上调干细胞标志物(NANOG、OCT4)和糖酵解关键酶(HK2、LDHA)，增强葡萄糖摄取、ATP和乳酸生成。动物实验证实高刚性促进干细胞特性，而糖酵解抑制剂2-DG可逆转此效应。

3.5 YAP1预测不良预后并被局部刚性微环境激活

YAP1在晚期PDAC中高表达且与不良预后相关。刚性梯度模型显示高刚性促进YAP1核转位，其表达水平与糖酵解基因特征和CSCs标志物显著正相关。

3.6 高刚性通过YAP1重编程糖酵解代谢

YAP1抑制剂VP抑制而激活剂PY60增强刚性诱导的糖酵解。多组学分析揭示YAP1是连接机械刺激与糖酵解-干细胞表型适应的关键节点。

3.7 局部刚性微环境通过METTL14/IGF2BP3抑制YAP1 mRNA衰减

SRAMP预测YAP1 mRNA存在17个m⁶A修饰位点。高刚性上调甲基转移酶METTL14和阅读蛋白IGF2BP3，后者直接结合YAP1 mRNA延长其半衰期。Western blot证实METTL14/IGF2BP3协同调控YAP1蛋白表达。

这项研究首次将PDAC机械异质性、表观转录调控和代谢重编程有机联系，提出"局部刚性微环境-m⁶A-YAP1-糖酵解-CSCs"的级联调控轴。创新性地结合DLP 3D打印和脱甲基化生物墨水，突破了传统模型难以模拟TME机械异质性的技术瓶颈。发现METTL14/IGF2BP3作为机械敏感的表观调控因子，为开发针对PDAC机械异质性的精确治疗策略提供了新靶点。研究还提示，单纯降解ECM的"基质正常化"策略可能需要重新评估，靶向机械信号转导通路或能更安全有效地干预TME力学微环境。未来需要整合更多基质细胞类型，开发能动态模拟ECM重塑的下一代模型，并验证靶向m⁶A-YAP1轴的治疗潜力。