低细胞硬度调控肝细胞癌肿瘤再生细胞的高致瘤性和高转移能力

Stem-like cancer cells or tumor-repopulating cells (TRCs) are highly tumorigenic and metastatic, which drive tumorigenesis and metastasis of hepatocellular carcinoma (HCC). Thus, it is imperative to better understand the mechanisms underlying HCC TRC’s high tumorigenicity and metastatic potential. It has been well accepted that TRCs are much softer than conventional cancer cells and healthy tissue cells and that low mechanical stiffness of cancer cells is correlated with their malignancy and metastatic ability. However, almost nothing is known about the roles of low mechanical stiffness in the regulation of high tumorigenic and metastatic potential. This project will adopt a mechanical method of 3D soft fibrin gels to select HCC TRCs. When cellular contractility and stiffness of tumor cells are modulated through genetic modification technique, the influence on their mechanotransductive features and cellular functions will be explored. Both in vitro and in vivo experiments will be conducted to investigate TRC’s abilities to generate local and metastatic tumors when cell stiffness is modulated, which will elucidate the important or even regulatory roles of low mechanical stiffness in high tumorigenicity and metastatic ability of TRCs. This project will demonstrate the significance of tumor cell’s low stiffness in tumorigenesis and metastasis from the mechanical perspective, which may provide a new point of view and guidance to the field of cancer research and clinical test and treatment of HCC.

具有干性的肿瘤细胞或肿瘤再生细胞拥有很强的致瘤性和转移能力，是驱动肝细胞癌发展和转移的重要原因。因此，深入研究肿瘤再生细胞的高致瘤和转移能力显得尤为重要。研究已经证实肿瘤再生细胞的力学硬度比普通肿瘤细胞和正常组织细胞都低，而且肿瘤细胞的低硬度与其恶性程度及迁移能力有关。然而，低力学硬度在肿瘤再生细胞致瘤和转移过程中的作用几乎一无所知。本课题将采用三维软纤维蛋白凝胶的力学方法筛选肝细胞癌肿瘤再生细胞，通过基因修饰法调节细胞张力和硬度，探索细胞硬度调制对肿瘤再生细胞力学信号传导特性及细胞功能的影响，开展体外和体内实验研究在细胞硬度受调制下肿瘤再生细胞产生局部和转移肿瘤能力的差异，揭示低细胞硬度如何影响甚至调控肿瘤再生细胞的高致瘤性和高转移能力。本项目将从细胞力学角度首次阐明低力学硬度在肿瘤发展及转移中的重要作用，为后续癌症研究及临床试验和治疗提供新的思路和指导。

项目背景：肿瘤干细胞是肝癌发展和转移的重要原因，研究肝癌干细胞的高致瘤性和高转移能力显得尤为重要和刻不容缓。大量研究表明力学因素在癌症发展及转移过程中起着重要的作用，包括细胞硬度。癌细胞比相应的正常细胞软，而且力学硬度与其致瘤和转移能力相关。然而，关于癌细胞的低细胞硬度如何影响与调控其致瘤和转移性能几乎一无所知。.主要研究内容：（1）证明三维软纤维蛋白凝胶可以用于筛选肝细胞癌肿瘤干细胞；（2）探索细胞硬度对肿瘤干细胞力学传导特性和细胞生命活动的影响；（3）揭示细胞硬度对肿瘤干细胞的致瘤能力的调控作用；（4）研究细胞硬度如何调控肿瘤干细胞的转移能力。.重要结果：（1）细胞力学不仅与肿瘤细胞恶性相关，而且可以调控肿瘤细胞的恶性程度，影响肿瘤干细胞与非肿瘤干细胞之间的相互转化；（2）细胞刚度通过APC介导的WNT /β-catenin信号传导和干性基因Oct4调节肿瘤细胞恶性；（3）细胞硬度通过JNK通路调控肝癌细胞的迁移和侵袭能力；（4）证明低细胞硬度可以作为肿瘤干细胞的力学标记物，并促进纳米颗粒输送的化疗药物对肿瘤干细胞的特异性清除；（5）细胞力学及肌动球蛋白活性调控悬浮肿瘤细胞在血流剪切应力中的存活及抗药性；（6）流体剪切应力通过JNK信号诱导循环肿瘤细发生EMT以促进其在血液转移过程中的生存；（7）切应力通过小窝蛋白-1依赖的整合素转运调控乳腺癌细胞迁移的机制研究；（8）细胞硬度调控肿瘤细胞转移器官偏好性。.科学意义：本项目从细胞力学角度研究癌症，揭示低细胞硬度不仅与高成瘤和高转移能力相关，且可以调控肿瘤细胞的这些特性，证明力学因素特别是低细胞硬度对肝癌干细胞在肿瘤发展和转移中的重要作用，从远景来看为肝癌及其他癌症研究和临床治疗提供新的思路和技术平台。