细胞骨架在肝细胞肝癌肿瘤微环境中的生物力学调控及其对靶向药物疗效的研究

Hepatocellular carcinoma (HCC) represents the most common cause of cancer-related death worldwide and in China. HCC almost exclusively arises in cirrhotic livers, which creates a tumor microenvironment antagonizing targeted therapies currently available. Understanding this tumor microenvironment is drawing increasing attention in multiple research fields. Cytoskeleton regulates cellular mechanics and participates in mechanotransduction in the tumor microenvironment. We found differential regulation of cytoskeletal proteins and associated factors in HCC microenvironment. We have designed the experimental pipeline utilizing advanced techniques in mechanical and cell biology to examine the roles and regulations of the cytoskeleton in HCC microenvironment. We propose to fully dissect the roles and mechanisms of microenvironmental tissue and cellular mechanics during HCC progression with the combination of molecular and cellular biology, biomechanics and translational medicine. This project will increase our understanding of HCC and will shed new lights on its targeted therapy.

肝细胞肝癌（HCC）的发病率和死亡率在我国和世界范围内均居高不下。HCC合并肝硬化十分普遍，而肝硬化这一特殊的肿瘤微环境与HCC发生发展的密切联系及其对HCC靶向药物疗效的干扰，一直受到基础和临床领域的高度关注。随着技术手段的进步，细胞骨架对生物力学的关键调控及微环境中物理因素对肿瘤发生发展的影响，正成为深入认识肿瘤的新突破点。我们建立了HCC的生物力学研究方法及细胞骨架分析流程,并在前期工作中发现HCC微环境中细胞骨架相关蛋白存在差异调控。我们将综合运用细胞-生化-分子生物学的手段、生物力学的前沿技术和临床转化的研究方法，重点探讨肿瘤微环境中生物力学因素对HCC发生、发展的影响，揭示其中细胞骨架相关的调控机理，探索改进肝细胞肝癌靶向药物疗效的新策略。本课题将帮助我们深入了解HCC的发生发展机理、进一步认识物理因素在肿瘤微环境中的作用，帮助我们开拓肝癌靶向药物研发的新思路。

主要研究内容.本项目聚焦肝细胞肝癌（HCC）的发生发展，建立了先进的体内和体外细胞力学研究模型，结合基础科研与临床探索，揭示了HCC微环境生物力学的调控及其在肿瘤发生发展过程中的作用。.重要结果.1）.HCC通常伴随有肝硬化，而肝硬化会减弱Sorafenib等肝癌药物的疗效。我们发现肝硬化的力学环境可能通过YAP通路影响HCC细胞耐药性。我们通过体外聚丙烯酰胺凝胶系统模拟肝硬化硬度，观测到在这一硬度下HCC细胞微丝骨架发生了重构、YAP活性升高。我们构建了Sorafenib耐药的HCC细胞株，发现其微丝细胞骨架重构、迁移增强且YAP活性增高的表型与硬基质培养的细胞高度一致。同时硬度增强和YAP活性的升高都与HCC细胞对Sorafenib的耐药性密切相关。这项工作揭示了HCC耐药性的生物力学新机制，于2019年发表于Journal of Cellular Physiology杂志。.2）.我们发现HCC癌旁组织硬度显著高于癌组织；细胞水平的研究表明，HCC单细胞及群体细胞具有趋硬性运动的特性，这一结果与HCC的转移特性密切相关。在进一步的机理探索中，我们发现高尔基微管和细胞黏附结构调控细胞趋硬性迁移。部分研究成果已被EMBO Reports杂志接收。.3）.细胞骨架对生物力学有着重要影响。我们发现微丝可以调控微管的乙酰化水平，并影响线粒体分布。这项工作阐释了转录后修饰作为细胞骨架间调控的新机制，于2019年发表在Journal of Cell Science杂志。我们还发现细胞骨架能够反馈性地调节上游小GTP酶的活性和含量，并对细胞分裂产生影响。这项工作揭示了分枝状微丝重要的信号传导功能，于2019年发表在Cells杂志。.项目执行期内，我们主办了2 次国际交流，参加了1次国际会议作大会发言并参加了2次本领域国内学术会议，培养了3名博士研究生。.科学意义.本项目对加深认识 HCC 这一高度合并肝纤维化肝硬化的恶性疾病具有重要意义，并有可能为其靶向治疗的改善提出新思路。本项目的研究成果有助于我们深入了解HCC的发生发展机理、进一步认识生物力学因素在肿瘤微环境中的作用、开拓肝癌靶向药物研发的新思路。