基质刚度通过YAP-OPA1-TET1/3环路增强核-线粒体通讯驱动前列腺癌化疗耐药性的机制研究

《iScience》：High matrix stiffness triggers the YAP-OPA1-TET1/3 loop to drive chemoresistance via enhanced nuclear-mitochondrial communication

本研究针对前列腺癌化疗耐药性难题，揭示了高基质刚度通过整合素连接激酶(ILK)激活Yes相关蛋白(YAP)，上调线粒体融合蛋白OPA1表达促进线粒体融合，进而通过谷氨酰胺代谢重编程产生α-酮戊二酸(α-KG)激活TET1/3介导的表观遗传调控，形成YAP-OPA1-TET1/3正反馈环路。研究发现靶向OPA1可有效逆转紫杉醇耐药性，为克服前列腺癌化疗耐药提供了新策略。

　　

前列腺癌是全球男性第二大常见恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第五大原因。尽管化疗是前列腺癌治疗的主要手段之一，但化疗耐药性的出现严重影响了治疗效果。肿瘤微环境在化疗耐药中扮演着关键角色，其中细胞外基质的机械特性变化尤为引人关注。

在实体肿瘤中，细胞外基质经常发生组成和机械特性的改变，其中基质刚度的增加与肿瘤进展密切相关。然而，基质刚度如何具体影响前列腺癌化疗耐药性的机制尚不完全清楚。这项发表在《iScience》上的研究为我们揭示了这一过程的神秘面纱。

研究人员通过多组学分析和技术手段，系统阐明了高基质刚度如何通过调控核-线粒体通讯驱动前列腺癌化疗耐药性的分子机制。研究使用了临床标本队列（包括不同Gleason评分的前列腺癌组织）和三种前列腺癌细胞系（PC3、DU145和LNCaP），通过体外模拟不同刚度微环境（10 kPa软基质和100 kPa硬基质）并结合动物模型，综合运用转录组测序、原子力显微镜、免疫荧光、Western blot、线粒体功能分析等技术方法。

化学耐药性与高基质刚度相关

通过对临床标本的Masson染色、Sirius Red染色和原子力显微镜检测发现，Gleason评分=9的前列腺癌样本比评分=7的样本含有更多胶原纤维，基质刚度显著增加。体外实验表明，在高刚度基质上培养的前列腺癌细胞对紫杉醇(PTX)的半抑制浓度(IC₅₀)显著升高，EdU染色显示细胞增殖能力增强，Annexin V/PI双染色显示凋亡率降低，活性氧(ROS)水平下降，这些结果共同表明高基质刚度促进了化疗耐药性。

高基质刚度促进线粒体融合并增强线粒体功能

研究发现，高刚度条件并不改变线粒体总量，但显著改变了线粒体形态。MitoTracker染色和透射电镜显示，高刚度组细胞线粒体变得更长、面积更大，呈现明显的融合状态。JC-1探针检测表明高刚度组线粒体膜电位更正常，ATP水平更高，mtDNA拷贝数保持更好，说明线粒体功能得到增强。

高基质刚度激活YAP核转位并调节Hippo信号通路

转录组测序和KEGG富集分析显示，Hippo信号通路是高刚度条件下最显著富集的通路。Western blot和免疫荧光证实，高刚度条件下YAP去磷酸化水平增加，核转位显著。核质分离实验进一步验证了YAP在核内的富集，同时Hippo通路下游靶基因ANKRD1和CTGF表达上调，TEAD转录活性增强，表明YAP信号通路被有效激活。

功能筛选鉴定ILK为YAP去磷酸化的介质

进一步分析发现，粘着斑通路是高刚度条件下另一个显著富集的通路。其中整合素连接激酶(ILK)表达显著上调。使用ILK抑制剂QLT0267处理后，高刚度诱导的YAP去磷酸化被显著抑制，YAP核转位水平降低，表明ILK是调控YAP激活的关键上游分子。

YAP-OPA1介导的从核到线粒体的通讯

基因本体(GO)富集分析显示线粒体动力学及其调控机制在高刚度条件下发生显著变化。RT-qPCR和Western blot证实，高刚度特异性上调OPA1表达，而对MFN1、MFN2、DRP1和FIS1影响不大。YAP抑制剂verteporfin可抑制OPA1上调，逆转线粒体融合现象，表明YAP通过激活OPA1介导了从核到线粒体的通讯。

线粒体代谢物α-KG激活TET1/3介导线粒体到核的反向通讯

研究发现，高刚度条件下谷氨酰胺摄取和谷氨酰胺酶(GLS)活性显著增强，线粒体耗氧率(OCR)增加。OPA1抑制剂MYLS22可抑制这些代谢变化。有趣的是，虽然谷氨酰胺代谢重编程不影响YAP核转位，但显著影响YAP下游靶基因转录。表观遗传酶系统筛选发现TET1和TET3显著上调，MYLS22可抑制这种上调，而补充α-KG可逆转此抑制，表明线粒体融合通过谷氨酰胺代谢产生α-KG，激活TET1/3介导了从线粒体到核的反向通讯。

靶向OPA1破坏核-线粒体通讯并恢复肿瘤化疗敏感性

研究人员提出使用MYLS22靶向OPA1来破坏高基质刚度诱导的核-线粒体通讯。实验证明，MYLS22与PTX联合治疗可显著降低IC₅₀值，抑制细胞增殖，增加凋亡率，降低线粒体膜电位，促进ROS积累和mtDNA丢失，有效恢复化疗敏感性。

靶向OPA1抑制体内高基质刚度诱导的化疗耐药性

动物实验进一步验证了上述发现。通过皮下移植瘤模型，使用赖氨酰氧化酶抑制剂BAPN降低肿瘤基质刚度，发现高刚度条件下肿瘤对PTX的耐药性更强，而PTX+MYLS22联合治疗可有效延缓化疗耐药。Western blot和免疫组化分析证实了YAP-OPA1-TET1/3环路在体内的激活，以及联合治疗的有效性。

该研究首次揭示了高基质刚度通过YAP-OPA1-TET1/3环路介导的核-线粒体通讯在前列腺癌化疗耐药中的关键作用。核通过YAP上调OPA1促进线粒体融合维持线粒体功能，而线粒体通过谷氨酰胺代谢重编程激活TET1/3增强YAP转录活性，形成正反馈循环。靶向OPA1可有效破坏这一循环，恢复化疗敏感性。

这项研究不仅深化了我们对肿瘤微环境机械特性影响化疗耐药机制的理解，还为克服前列腺癌化疗耐药提供了新的治疗策略。靶向线粒体融合蛋白OPA1可能成为提高前列腺癌化疗疗效的有效手段，具有重要的临床转化价值。然而，靶向OPA1治疗可能带来的副作用以及其在其他肿瘤类型中的应用价值，仍有待进一步研究验证。