結直腸癌細胞轉移的潛在治療新靶點
轉移是結直腸癌 (CRC) 患者的常見死亡原因。此外，循環(huán)腫瘤細胞 (CTCs) 與腫瘤轉移密切相關，已成為預測腫瘤復發(fā)和患者死亡率的重要生物標志物。盡管大多數 CTCs 會在循環(huán)中死亡，但仍有大約0.1% 的 CTCs 設法作為傳播種子而存活，并最終復發(fā)。因此，探索CTCs的生物學特性，了解讓CTCs存活的因素，有利于消除這些隱藏的威脅，防止腫瘤轉移。
活細胞繼續(xù)感知并響應機械力，機械力是細胞存活和功能的重要調節(jié)器。層流剪切應力 (LSS) 是最關鍵的機械力之一，是液體在細胞表面流動時所產生的摩擦力。LSS 對 CTCs 產生持久影響，但關于 LSS 在 CTCs 中是如何感知和轉導的尚不清楚。
機械轉導分子具有感知和轉換各種機械力的能力，可以將物理刺激轉化為生物信號。據報道，作為一種新的 LSS 反應分子，無調性 bHLH 轉錄因子 8 (ATOH8)在內皮細胞中由 10 dyn/cm2 的LSS 誘導。此外，ATOH8還參與了多個生物學過程的機械因素調控，包括血管生成、骨骼肌形成和胚胎發(fā)育。在以往的研究中，ATOH8在腫瘤中的表達具有異質性，其作為抑癌基因或促癌基因的作用仍存在爭議。簡而言之，ATOH8 的作用及其在 CRC 進展中感知 LSS 的能力值得進一步研究。
基于此，南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院腫瘤科、中山大學第一附屬醫(yī)院胃腸外科中心等領域的專家學者進行了深入研究，于 Journal of Experimental & Clinical Cancer Research 上發(fā)表了題為《Shear stress activates ATOH8 via autocrine VEGF promoting glycolysis dependent-survival of colorectal cancer cells in the circulation》的實驗論文。
在該研究中，從 LSS 反應分子 ATOH8 開始，揭示了 LSS 促進結直腸癌細胞在循環(huán)中存活并最終可能導致血行轉移的機制。
實驗結果：
實驗將暴露于 0–20 dyn/cm2 生理 LSS 的懸浮細胞定義為模擬循環(huán)腫瘤細胞 (m-CTC)，并在相關實驗中將其用作 CTC 的替代品。
首先將CRC 細胞系LoVo和SW480懸浮細胞加載到剪切應力裝置中，檢測LSS反應分子ATOH8的表達。在大小梯度 (0、5、10、20 dyn/cm 2；30 min) 和時間梯度 (10 dyn/cm 2；0、15、30、60 min) 剪切應力刺激后，免疫熒光分析、定量聚合酶鏈反應 (qPCR) 和蛋白質印跡 (WB) 結果同時顯示，表明 ATOH8在CRC m-CTCs中的表達水平和核定位均升高（圖1 a-f）。施加LSS 15 min后，CRC m-CTCs 中 ATOH8 的 mRNA 水平明顯增加，并在 4 h左右達到最大值（圖1 e、圖2）。
為了進一步研究 ATOH8 在體內對LSS的反應，研究人員采集了外周血樣本并進行 CTC 評估。數據表明 CRC CTC 中的 ATOH8 表達對LSS 敏感。
總之，LSS 可以觸發(fā) m-CTCs 中 ATOH8 的上調，這可能影響結直腸癌的血行轉移和預后。
圖 1
圖 2
進一步的實驗發(fā)現， ATOH8 分別有效地促進了細胞遷移和侵入能力。此外，在懸浮的 LoVo 和 SW480 細胞中，檢測到抑制 ATOH8 對細胞凋亡的影響，而在 ATOH8 過表達組中細胞周期沒有顯著變化。上述數據表明 ATOH8 過表達可能通過抑制死亡而不是促進增殖來增加 CTCs 的數量。
總之，體外和體內實驗數據表明，過表達ATOH8 的 m-CTCs 具有獨特的抵抗死亡的能力，并在 CRC 轉移中發(fā)揮重要作用。
接下來，實驗證實了ATOH8 通過 HK2 介導的糖酵解促進 CRC m-CTCs 存活。
此外，實驗觀察到 LSS 驅動的 ATOH8 的分子可塑性促進了 m-CTC 的存活。新出現的證據表明，細胞因子的分泌有助于LSS 相關的機械轉導。生物信息學分析表明，血管內皮生長因子（VEGF）是由LSS刺激的內皮細胞（GSE13712和GSE52211）分泌的 (圖3 a)。
因此，實驗研究了 CRC 細胞中的細胞因子和細胞因子受體的水平，發(fā)現 LSS 顯著上調了VEGF。與ATOH8一致，通過LSS施加強度和持續(xù)時間的逐漸增加，在兩種CRC m-CTCs 中均觀察到VEGF的上調和其分泌的增加（圖3 b-e；圖4）。值得注意的是，以往文獻表明，當人脫落的乳牙暴露于4 dyn /cm2的剪切應力約4h時，VEGF分泌逐漸達到平臺期，這與CRC m-CTCs中ATOH8 mRNA的變化趨勢相似。
事實上，在 VEGF 處理的懸浮 CRC 細胞中，實驗檢測到較少的 ROS 積累和失巢凋亡。同時，VEGF提高了CRC m-CTCs的細胞活力，無論是活細胞還是死細胞實驗都可以看出。這些結果表明 CRC m-CTCs 的自分泌 VEGF 可能有助于 LSS 誘導的 ATOH8 上調和細胞存活的變化。隨后，研究人員證實了該假設。
總之，這些發(fā)現表明 ATOH8 介導的促進CRC m-CTC 存活的部分取決于 LSS 誘導的自分泌VEGF 信號。
圖 3
圖 4
VEGF 通過與 CRC 細胞中的 VEGF 受體 2 (VEGFR2) 結合發(fā)揮作用，同樣，目前的研究結果表明，VEGFR2在暴露于 LSS 的 CRC m-CTC s中上調（圖5）。隨后，實驗證實， VEGFR2 相對負責 CRC 細胞中 VEGF 介導的ATOH8 上調。
圖 5
AKT 和 ERK 信號通路都位于 VEGFR2 的下游，據報道它們與細胞存活有關。然而，目前尚不清楚AKT或ERK信號是否與VEGF / VEGFR2 / ATOH8 軸誘導的CTC存活有關。最后，實驗發(fā)現，VEGF 通過選擇性激活 VEGFR2-AKT 信號來上調 ATOH8，這對于理解和靶向 m-CTC 存活的潛在機制具有重要意義（圖 6）。
圖 6
實驗結論：
總的來說，實驗發(fā)現了 LSS 下 m-CTC 存活的一種新機械生物學機制，并證明了 ATOH8 抑制了 CRC m-CTC 中的細胞死亡，這是 CRC 轉移的關鍵步驟。
從機制上講，ATOH8 通過 LSS 觸發(fā)的 VEGF-VEGFR2-AKT 信號通路在 CRC m-CTCs 中上調，從而主要通過促進 HK2 轉錄活性介導 m-CTC 的存活，這對于有效預測腫瘤轉移或尋找新的CTC 治療靶點具有重要意義。
參考文獻：Huang Q, Li S, Hu X, Sun M, Wu Q, Dai H, Tan Y, Sun F, Wang C, Rong X, Liao W, Peng J, Xiao J, Huang L, Wang J, Liang B, Lin K, Liu Y, Shi M. Shear stress activates ATOH8 via autocrine VEGF promoting glycolysis dependent-survival of colorectal cancer cells in the circulation. J Exp Clin Cancer Res. 2020 Jan 30;39(1):25. doi: 10.1186/s13046-020-1533-0. PMID: 32000836; PMCID: PMC6993408.
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