细胞外基质的硬度通过FAT1调控淋巴内皮细胞的增殖和迁移能力

《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Extracellular matrix stiffness regulates the proliferation and migration capacities of lymphatic endothelial cells via FAT1

肿瘤微环境中ECM刚度通过FAT1介导的机械转导调控淋巴管内皮细胞（LECs）增殖和迁移，研究发现刚度增强显著促进LECs增殖、迁移及Wnt/β-catenin信号激活，同时FAT1缺失导致FA动态改变和细胞骨架重组，临床及动物模型验证了FAT1低表达与肿瘤相关淋巴管生成增强的关联。

　　在肿瘤微环境中，细胞外基质（ECM）的刚性变化已成为影响细胞行为的重要因素。然而，关于ECM刚性对淋巴内皮细胞（LECs）的具体作用，尤其是在肿瘤发生过程中，仍缺乏系统性的研究。本研究通过实验手段揭示了ECM刚性对LECs的调控机制，为理解淋巴系统在肿瘤进展中的功能变化提供了新的视角。

### ECM刚性对LECs的调控作用

ECM的物理特性在细胞生物学中具有重要作用，尤其是在肿瘤微环境的背景下。肿瘤组织通常表现出比正常组织更高的刚性，这种变化被认为是肿瘤进展的关键特征之一。研究表明，ECM刚性不仅影响恶性细胞的行为，还会改变周围基质细胞的表型，包括异常的血管生成模式、代谢重编程、糖萼的不稳定以及血管内皮标志物的丢失等。这些现象表明，ECM的机械特性在肿瘤微环境中扮演着核心调控角色。

在本研究中，我们使用了可调的聚丙烯酰胺（PA）水凝胶系统，以模拟不同刚度的ECM环境。通过对LECs在软（1.5 kPa）和硬（10 kPa）基质上的形态变化、增殖能力和迁移行为进行分析，我们发现ECM刚性显著促进了LECs的增殖和迁移。在细胞形态方面，我们观察到LECs在高刚度环境中表现出更大的细胞面积和更低的细胞圆度，这种形态变化反映了从正常生理状态向肿瘤样状态的转变。这些变化可能与细胞对机械信号的响应有关，从而影响其功能特性。

此外，我们通过免疫荧光分析发现，细胞内的YAP蛋白在高刚度环境中从细胞膜向细胞核迁移，表明YAP作为机械敏感的转录调控因子，可能在ECM刚性诱导的LECs功能变化中起关键作用。这一发现进一步支持了ECM刚性对LECs的调控作用，并提示YAP在其中可能作为信号传递的关键分子。

### FAT1作为LECs的机械敏感调节因子

为了进一步探索ECM刚性如何影响LECs的功能，我们进行了RNA-seq分析，比较了LECs在软和硬基质上的基因表达变化。结果显示，LECs在模拟肿瘤刚度的基质上，FAT1的表达显著下调。这一发现不仅在体外实验中得到验证，还在临床乳腺癌样本和小鼠模型中得到了支持。FAT1作为FAT家族成员之一，其在肿瘤细胞中的表达变化已被广泛研究，但其在淋巴内皮细胞中的作用仍不明确。

我们的实验表明，FAT1在LECs中可能作为机械敏感的调节因子，通过调控Wnt/β-连环素信号通路来影响细胞的增殖和迁移。通过敲低FAT1，我们观察到β-连环素从细胞膜向细胞核转移，激活了细胞周期调节因子Myc和Cyclin D1的表达，从而促进了LECs的增殖。此外，FAT1的缺失还增加了LECs的机械敏感性，通过调节粘附点的形成，诱导细胞骨架的重组，从而增强了细胞的迁移能力。

在体外实验中，我们使用了小干扰RNA（siRNA）敲低FAT1，并观察到在软和硬基质上，FAT1的缺失均显著增加了YAP的核质比，表明FAT1的缺失可能通过增强YAP介导的机械信号传递来促进细胞的增殖和迁移。同时，FAT1的缺失还显著增加了粘附点的数量和面积，这进一步表明FAT1在调控细胞骨架重组和机械敏感性方面具有重要作用。

### FAT1在肿瘤相关淋巴内皮中的表达变化

为了进一步验证FAT1在肿瘤相关淋巴内皮中的表达变化，我们分析了小鼠乳腺癌模型和黑色素瘤模型中的淋巴内皮。在这些模型中，我们观察到肿瘤相关淋巴内皮中的FAT1表达显著低于正常淋巴内皮。此外，我们还发现淋巴内皮密度（LVD）与FAT1表达水平呈显著负相关，表明FAT1的表达减少可能与淋巴内皮密度的增加有关。

在临床样本中，我们同样观察到FAT1的表达与淋巴内皮密度呈负相关，这支持了FAT1在肿瘤相关淋巴内皮中的调控作用。通过分析这些数据，我们进一步确认了FAT1在淋巴内皮中的表达变化与肿瘤进展之间的关系，为理解肿瘤微环境中淋巴系统的功能变化提供了新的线索。

### 临床与体外研究的结合

本研究不仅在体外实验中验证了FAT1的机械敏感性，还在临床样本中观察到类似的结果。通过分析人类乳腺癌患者的组织样本，我们发现FAT1的表达水平与淋巴内皮密度呈负相关，这进一步支持了FAT1在调控淋巴内皮功能中的重要性。此外，我们在黑色素瘤模型中也观察到FAT1的表达减少与淋巴内皮密度增加之间的关系，表明这一机制可能具有普遍性。

这些结果表明，FAT1在LECs中可能作为关键的机械敏感调节因子，通过调控细胞增殖和迁移，影响淋巴系统的功能。进一步研究可以探索FAT1在调控淋巴内皮生成和肿瘤转移中的具体作用，以及如何通过靶向FAT1或相关信号通路来抑制肿瘤相关的淋巴生成和转移。

### 潜在的治疗策略

基于上述研究结果，我们可以推测，针对FAT1或其相关信号通路可能成为抑制肿瘤驱动的淋巴生成和转移的潜在治疗策略。FAT1的缺失不仅增强了细胞的机械敏感性，还通过调控细胞骨架和粘附点的形成，促进了细胞的迁移能力。这些发现为开发新的抗肿瘤治疗手段提供了理论基础。

综上所述，本研究揭示了ECM刚性对LECs的调控作用，特别是在肿瘤微环境中，FAT1作为关键的机械敏感调节因子，通过调控Wnt/β-连环素信号通路和细胞骨架重组，影响LECs的增殖和迁移。这些发现不仅加深了我们对淋巴系统在肿瘤进展中的理解，也为未来的治疗策略提供了新的方向。