差异性化学信号重编程卵巢癌球体的细胞与多细胞表型：钙离子（Ca2+）和pH调控结构可塑性与稳定性机制

本综述深入探讨了卵巢癌多细胞球体（spheroids）的自组织机制，揭示了钙离子（Ca2+）和pH通过调控细胞连接（E-cadherin）和流体动态，分别重编程细胞状态（cell state）和集体表型（multicellular phenotypes），从而驱动实体态（moruloid）向腔体态（blastuloid）的转化及周期性结构振荡，为癌症转移的机械化学调控提供了新见解。

　　

1 引言

多细胞集体表型展现出不同于单细胞的独特生物学行为，如自我驱动的形态发生、结构化空间组织和多样功能角色。卵巢癌腹水中的球体是研究这一过程的经典模型，其中实体态（moruloid）和空心腔体态（blastuloid）两种形态共存，但调控其结构稳定性和可塑性的机械化学机制尚不明确。本研究利用卵巢癌细胞系OVCAR-3，模拟从单细胞到moruloid再到blastuloid的时序演化过程，重点探究了钙离子（Ca²⁺）和pH如何通过影响细胞连接和流体动态，分别调控细胞状态和集体表型。

2 结果

2.1 多细胞OVCAR-3聚集体经历形态时序演化，形成结构可塑的腔体化集体

在非黏附悬浮培养中，OVCAR-3细胞先形成实体态moruloid（4-5天），随后通过细胞重排（而非坏死）形成腔体化blastuloid（9-10天），其表面光滑、具有ECM包被和中央腔体。时间推移成像显示，blastuloid表现出周期性腔体塌陷和恢复的振荡行为，周期为数小时。通过荧光素追踪实验证实，腔体振荡由流体流入和流出驱动，而E-cadherin-GFP报告细胞系进一步显示，腔体塌陷时细胞呈柱状、连接面积增大，扩张时细胞变扁平、连接减少，表明细胞连接状态是 conformational transitions 的关键调节因子。

2.2 Ca²⁺依赖性连接稳定性调控blastuloid的结构状态转换和构象稳定性

E-cadherin介导的细胞连接依赖Ca²⁺稳定，而卵巢癌腹水中的钙浓度变化（生理<1 mM至恶性≈2.5 mM）可能影响多细胞结构。实验发现，低剂量EDTA（Ca²⁺螯合剂，≤0.33 mM）不影响腔体振荡，但2 mM EDTA处理迅速引起blastuloid完全解体为单细胞，且该效应具有剂量和时间依赖性。CaCl₂补充可逆转EDTA的破坏作用，表明Ca²⁺特异性调控细胞连接完整性。更重要的是，Ca²⁺应激程度决定了细胞状态是否被重编程：中低剂量EDTA处理后的单细胞能加速重组为blastuloid（48小时内），而高剂量处理则重置细胞状态，需7天才能重新形成腔体，证明Ca²⁺水平直接调控细胞记忆和可塑性。

2.3 Ca²⁺控制blastuloid状态诱导的细胞重编程和多细胞集体的构象可塑性

短暂EDTA处理（1 mM, 30分钟）即可诱导blastuloid向moruloid转变，但Ca²⁺补充能快速（<24小时）恢复腔体，远快于正常形成时间（7-10天），表明细胞保留了集体状态的记忆。延长EDTA处理（0.5-2 mM, 24小时）导致完全解离为单细胞，但低中剂量组细胞在应激解除后迅速重组为blastuloid，而高剂量组细胞失去记忆、回归正常发育时序。这些结果划定了构象韧性和状态重置的边界：Ca²⁺通过调控连接稳定性，同时影响集体结构和细胞内在重编程。

2.4 pH调控多细胞状态

卵巢癌腹水pH可从碱性（≈8.5）变为酸性（≈6），酸性环境常见于肿瘤微环境代谢重编程。生化研究表明，酸性pH促进cadherin二聚化并强化连接。实验发现，酸性pH（≈6）能完全抑制腔体振荡，将blastuloid冻结于扩张状态；而碱性pH（≈8.5）则触发blastuloid向moruloid转变，且该效应可逆（恢复CO₂供应后腔体重建）。不同于Ca²⁺，pH应激时长不影响恢复动力学，表明pH主要调控集体组织而非细胞状态。综上，Ca²⁺和pH分别作为细胞状态和集体表型的差异性调节因子，共同解释多细胞组装体的结构可塑性与稳定性。

3 讨论

本研究揭示了卵巢癌球体形态转换的化学调控框架：Ca²⁺水平通过E-cadherin连接决定细胞状态记忆和重编程能力，而pH通过调制连接强度控制集体构象切换。blastuloid的物理韧性（抗机械剪切）和化学可逆性使其更适于转移播散，而周期性流体交换可能避免营养耗竭核心的形成。研究进一步在COV362（间充质表型）和OVCAR-4（上皮-间质中间态）细胞中验证了Ca²⁺应激的普适性，表明化学调控跨越异质性表型。这一动态系统为研究形态发生、机械生物学和多细胞进化提供了理想模型。

4 实验方法

研究采用OVCAR-3悬浮培养模型，通过EDTA/CaCl₂调控Ca²⁺、HCl/CO₂调控pH，结合活细胞成像、荧光素追踪、E-cadherin-GFP报告细胞、扫描电镜和3D核形态分析等技术，量化腔体尺寸、细胞连接动态和细胞活力。所有处理均在确保细胞存活条件下进行，以排除毒性效应。