基于HA水凝胶的脑转移乳腺癌休眠模型揭示p38 MAPK通路介导的耐药机制

《npj Biomedical Innovations》：An in vitro hydrogel-based model to study dormancy associated drug resistance in metastatic breast cancer spheroids

本研究针对脑转移乳腺癌(BMBC)中休眠肿瘤细胞介导的治疗抵抗这一临床难题，开发了一种可诱导肿瘤休眠的透明质酸(HA)水凝胶体外模型。研究发现HA水凝胶诱导的休眠BMBC细胞球对化疗药物紫杉醇(PTX)和靶向药物拉帕替尼(LAP)均产生抵抗，其机制与p38/ERK信号通路平衡密切相关。通过抑制p38 MAPK通路可逆转休眠状态并恢复治疗敏感性，为克服BMBC耐药提供了新的策略。

　　

脑转移乳腺癌是乳腺癌患者死亡的主要原因之一，其中肿瘤细胞休眠现象是导致治疗失败和晚期复发的关键因素。休眠的肿瘤细胞能够逃避常规治疗，在体内长期潜伏，最终导致疾病复发。然而，由于缺乏合适的实验模型，休眠相关耐药机制的研究一直面临挑战。

在这项发表于《npj Biomedical Innovations》的研究中，Paromita Sarker等人开发了一种创新的体外模型，利用仿生透明质酸(HA)水凝胶诱导脑转移乳腺癌细胞进入休眠状态，同时采用悬浮培养促进细胞增殖，从而能够直接比较休眠与增殖状态下肿瘤细胞对治疗的反应差异。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：通过三维细胞球培养系统模拟肿瘤微环境；利用机械性能为0.4 kPa的透明质酸-甲基丙烯酸酯(HAMA)水凝胶诱导休眠状态；采用EdU染色、Ki67免疫荧光和Annexin V凋亡检测评估细胞增殖和凋亡；通过磷酸化-ERK(p-ERK)和磷酸化-p38(p-p38)免疫染色分析信号通路变化；并开展微环境转换和p38抑制剂(SB203580)干预实验。研究使用MDA-MB-231Br(三阴性乳腺癌)和BT474Br3(HER2阳性乳腺癌)两种脑转移乳腺癌细胞系。

形态学表征显示HA水凝胶诱导的休眠细胞球对治疗不敏感

研究发现，在悬浮培养条件下，经PTX或LAP处理后，BMBC细胞球的横截面积显著减小，而在HA水凝胶上培养的细胞球则无明显变化，表明休眠细胞球对治疗具有抵抗性。

细胞增殖分析证实休眠细胞球对治疗无响应

EdU染色显示，悬浮培养的细胞球经药物治疗后增殖细胞比例显著下降，而HA水凝胶上的细胞球增殖水平极低且治疗前后无显著差异。Ki67染色结果进一步验证了这一发现。

细胞凋亡检测揭示微环境影响治疗诱导的细胞死亡

Annexin V检测表明，悬浮培养的细胞球经药物治疗后凋亡细胞比例显著增加，而HA水凝胶上的细胞球凋亡水平在治疗前后无显著变化，进一步证明休眠细胞球对治疗的抵抗性。

p-ERK和p-p38阳性细胞比例分析揭示信号通路差异

研究发现，悬浮培养的增殖细胞球治疗后p-ERK阳性细胞比例下降，p-p38阳性细胞比例上升，而HA水凝胶上的休眠细胞球两者均无显著变化。p-ERK/p-p38比值在增殖细胞球中治疗后显著降低，在休眠细胞球中保持稳定。

微环境调控可逆转休眠状态并恢复治疗敏感性

将细胞球从HA水凝胶转移至悬浮培养环境后，原本耐药的细胞球重新对治疗产生响应，表现为横截面积减小和EdU阳性细胞比例下降，证明休眠状态的可逆性。

p38通路抑制诱导休眠向增殖转换并增强治疗反应

使用p38抑制剂SB203580处理HA水凝胶上的休眠细胞球后，细胞增殖活性显著增强，且与PTX或LAP联合使用时表现出协同抗肿瘤效果。

本研究首次利用HA水凝胶平台系统研究了脑转移乳腺癌休眠介导的耐药机制，发现细胞外基质诱导的休眠状态通过维持p38/ERK信号平衡导致治疗抵抗。更重要的是，研究证明通过微环境调控或p38通路抑制可逆转休眠状态，恢复肿瘤细胞对治疗的敏感性。这一平台为研究休眠相关耐药机制提供了有力工具，并为开发针对脑转移乳腺癌的新型治疗策略提供了重要理论基础。未来研究可进一步探索CD44和整合素信号在该过程中的作用，并验证患者来源细胞的表现，以增强临床转化潜力。