靶向白血病干细胞生物力学：通过ALDH1A1抑制增强NK细胞免疫疗法的新策略

《Nature Communications》：Targeting leukemic stem cell biomechanics suppresses stemness and enhances NK cell-mediated immunotherapy

本研究针对急性髓系白血病(AML)治疗中白血病干细胞(LSCs)介导的复发和耐药难题，揭示了LSCs具有"小而软"的机械特性，并发现ALDH1A1+亚群富集LSCs。研究人员通过抑制ALDH1A1促进F-actin聚合，增加细胞刚度，从而降低LSCs干性并增强其对NK细胞杀伤的敏感性。在PDX模型中，ALDH1A1抑制与NK细胞联合治疗显著抑制白血病进展，为克服AML治疗耐药提供了新策略。

　　

在血液肿瘤领域，急性髓系白血病(AML)始终是临床医生面临的重大挑战。尽管化疗方案不断优化，但患者预后仍不理想，五年生存率徘徊在30%左右。这种治疗困境的根源在于一群特殊的细胞——白血病干细胞(LSCs)。这些细胞如同"种子"，不仅能够自我更新，还具有强大的耐药能力，成为白血病复发的主要元凶。

传统研究多聚焦于LSCs的分子标志物和信号通路，却忽视了一个关键特征：细胞的机械特性。就像不同材质的物体具有不同的硬度和弹性，细胞也拥有独特的机械属性。近年来，越来越多的证据表明，细胞的机械特性与其功能行为密切相关，这可能为理解LSCs的顽固性提供全新视角。

中国科学技术大学研究团队在《Nature Communications》上发表的最新研究，首次系统揭示了LSCs的机械特性与其干性维持及免疫逃逸之间的内在联系。研究发现，LSCs普遍具有"小而软"的物理特征，这一发现不仅为LSCs的分离鉴定提供了新方法，更重要的是，为靶向LSCs提供了新的治疗策略。

研究人员首先观察到AML细胞存在明显的尺寸异质性，通过 Wright-Giemsa染色可清晰区分大小不同的细胞群体。

功能实验显示，小尺寸的AML细胞具有更强的集落形成能力和白血病负荷，且对阿糖胞苷(Ara-C)表现出显著耐药性。这些发现提示细胞尺寸与LSC潜能存在内在关联。

深入研究机制发现，小尺寸白血病细胞的细胞骨架动力学特征明显。与大型细胞相比，小型细胞F-actin水平显著降低，皮质刚度明显减小。通过原子力显微镜(AFM)测量细胞刚度，研究人员证实了小而软的确是LSCs的典型机械特征。

为验证机械特性与功能的因果关系，研究团队使用细胞骨架调节剂进行干预。Jasplakinolide(Jas)可稳定肌动蛋白丝，使细胞变硬；而latrunculin A(Lat A)则破坏肌动蛋白丝，使细胞变软。实验表明，通过药物调节细胞骨架，可直接影响LSCs的干性和化疗敏感性。

研究中最具创新性的部分是利用微流控芯片技术，基于细胞机械特性进行分选。研究人员成功分离出软小白血病细胞(SSLCs)和硬大白血病细胞(SLLCs)，并证实SSLCs具有更高的LSC潜能。

通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析，研究团队发现ALDH1A1在LSC中高表达，且FSClow ALDH1A1⁺亚群高度富集LSC。这一发现不仅提供了新的LSC标志物，更重要的是揭示了ALDH1A1在调控LSC机械特性中的关键作用。

机制研究表明，ALDH1A1通过调节F-actin动力学影响细胞刚度。抑制ALDH1A1可促进F-actin聚合，增加细胞刚度，从而降低LSC潜能。这一发现为靶向LSC提供了新的作用靶点。

研究的临床应用价值体现在将机械调控与免疫治疗相结合。研究人员发现，通过ALDH1A1抑制剂双硫仑(Disulfiram)处理LSC，可增强NK细胞对白血病细胞的杀伤效果。这种联合策略在AML患者来源异种移植(PDX)模型中显示出显著的治疗效果。

关键技术方法包括：微流控分选技术用于基于机械特性分离细胞亚群；原子力显微镜(AFM)用于定量测量细胞力学性质；单细胞RNA测序用于解析细胞异质性；患者来源异种移植(PDX)模型用于临床前评价；NK细胞功能实验用于评估免疫治疗效果。研究使用了81例临床样本，包括AML患者骨髓样本和脐带血样本。

Small AML cells exhibit dominant stem cell potential and increased leukemia burden

研究发现小尺寸AML细胞具有更强的干细胞潜能。通过体外集落形成实验和体内移植实验证实，小细胞具有更高的自我更新能力和白血病负荷，且对化疗药物Ara-C表现出显著耐药性。在患者来源的AML样本中，小尺寸细胞富集于G0期，表达更低的分化标志物，在PDX模型中表现出更强的白血病 initiating能力。

Cytoskeletal dynamics and mechanical properties of small leukemia cells modulate LSC Potential in AML

细胞骨架动力学调控LSC潜能。小尺寸AML细胞表现出更低的F-actin水平和皮质刚度。通过药物调控肌动蛋白动力学可直接影响LSC功能：稳定F-actin的Jas处理降低干性，而破坏F-actin的Lat A处理增强干性。RNA测序显示细胞骨架调控影响LSC相关基因表达和信号通路。

Microfluidic isolation of SSLCs with enhanced stem cell potential in AML

微流控技术成功分离出具有软小机械特性的SSLCs。这些细胞表现出更低的F-actin水平、更小的细胞尺寸和更低的皮质刚度，且具有更高的集落形成能力和体内白血病发生能力，证明机械特性是LSC的重要标志。

The FSClow ALDH1A1+ subpopulation effectively enriches LSCs in primary AML patients

单细胞RNA测序鉴定出FSClow ALDH1A1⁺亚群高度富集LSC。该亚群表现出独特的转录组特征，低表达细胞骨架相关基因，具有更强的干性潜能。连续移植实验证实其长期再生能力。

FSClow ALDH1A1+ cells display unique cytoskeletal features and enhanced LSC potential in AML

FSClow ALDH1A1⁺细胞具有独特的细胞骨架特征，表现为低F-actin水平和细胞刚度。ALDH1A1表达与LSC潜能正相关，调控细胞骨架可影响其干性特性。

ALDH1A1 inhibition enhances F-actin polymerization and stiffness while reducing stemness in LSC-enriched AML cells

ALDH1A1抑制通过促进F-actin聚合增加细胞刚度，降低LSC干性。双硫仑处理或ALDH1A1基因敲低均能增强F-actin聚合，提高细胞刚度，减少集落形成，降低体内白血病负荷。

Leukemia cell stiffening enhances the efficacy of NK cell immunotherapy by ALDH1A1 inhibition

ALDH1A1抑制通过增加LSC刚度增强NK细胞免疫治疗效果。机制研究表明，细胞刚度增加促进免疫突触形成和穿孔素极化，增强NK细胞杀伤效率。在PDX模型中，双硫仑与NK细胞联合治疗显著抑制白血病进展。

本研究首次系统阐述了LSC机械特性与其功能行为的内在联系，提出了靶向细胞生物力学克服治疗耐药的新策略。通过整合机械生物学与免疫治疗，研究不仅深化了对LSC生物学的理解，更为AML治疗提供了新的联合治疗策略。这一创新性研究框架可能对其他干细胞驱动恶性肿瘤的治疗具有重要借鉴意义。

研究的重要价值在于将基础研究发现与临床应用紧密结合。ALDH1A1抑制剂双硫仑是已获临床批准药物，其与NK细胞免疫治疗的联合策略具有较好的临床转化前景。同时，研究证实ALDH1A1抑制对正常造血干细胞无明显毒性，为选择性靶向LSC提供了治疗窗口。

这项研究开辟了肿瘤治疗新领域，表明除传统的分子靶向策略外，调控细胞机械特性可能成为克服治疗耐药的有效手段。未来研究可进一步探索机械调控在其它肿瘤类型中的应用，以及与其他治疗方式的协同效应，为肿瘤治疗提供更多创新性解决方案。