前列腺癌 (PC) 是癌癥相關(guān)死亡的第二大原因，其中大部分死亡歸因于癌癥轉(zhuǎn)移。有證據(jù)表明，基質(zhì)細(xì)胞是促進(jìn) PC 進(jìn)展的關(guān)鍵。這種反應(yīng)性基質(zhì)稱為腫瘤微環(huán)境 (TME)，由成纖維細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞、免疫細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和 CAFs 組成，其中最后一個(gè)是主要的 TME 成分（占總細(xì)胞群的40%-50%）。
幾項(xiàng)研究已經(jīng)確定，CAFs 通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞生長、侵襲、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）、ADT 耐藥性以及增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞定植，在促進(jìn) PC 進(jìn)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。重要的是，這些先前的研究證明了循環(huán)中存在 CAFs 以及循環(huán)基質(zhì)細(xì)胞在促進(jìn)癌癥進(jìn)展中的重要作用。但是，尚未闡明 CAFs 在血流中的具體功能。在癌癥轉(zhuǎn)移過程中，腫瘤細(xì)胞侵入周圍組織，細(xì)胞進(jìn)入血流進(jìn)行播散。當(dāng)腫瘤細(xì)胞進(jìn)入血管時(shí)，在靜脈和動(dòng)脈循環(huán)中分別經(jīng)歷 160s -1~ 900s -1 的流體剪切應(yīng)力（FSS）。在 CTCs 的傳輸過程中，它們可以在較大的血管、血管分叉處和靠近心臟壁的湍流中經(jīng)歷超過 3,000 dyn/cm2 的 FSS。FSS 被認(rèn)為是循環(huán)中腫瘤細(xì)胞死亡的主要原因。因此，成功的轉(zhuǎn)移取決于 CTC 以某種方式承受嚴(yán)酷的剪切應(yīng)力環(huán)境以在遠(yuǎn)處組織中形成繼發(fā)性腫瘤。基于此，美國康奈爾大學(xué)梅尼格生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院、范德堡大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系的研究團(tuán)隊(duì)假設(shè)，當(dāng)細(xì)胞以集體遷移單位并入細(xì)胞聚集體時(shí)，CAFs 會賦予循環(huán)中腫瘤細(xì)胞對高強(qiáng)度 FSS 的抗性。在新的研究中，使用 3D 模型確定最近激活的 CAFs，（稱為活性 CAFs，而不是分化的 CAFs），通過形成穩(wěn)定的細(xì)胞聚集體來誘導(dǎo)對 PC 細(xì)胞的 FSS 抗性，從而保持其活力和增殖能力。在這里，闡明了循環(huán) CAF 通過促進(jìn) CTC 生存和遷移在血液中的作用的細(xì)胞機(jī)制。
以球體形式開發(fā)腫瘤細(xì)胞和成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)的最佳實(shí)驗(yàn)條件
為了研究成纖維細(xì)胞在誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移性前列腺腫瘤細(xì)胞中 FSS 抗性中的作用，對腫瘤和成纖維細(xì)胞進(jìn)行了 3D 單培養(yǎng)和共培養(yǎng)，通過隨時(shí)間測量以下參數(shù)來確定最佳生長條件：（i）球體濃度， (ii) 大小分布，(iii) 異型細(xì)胞在球體中的摻入。PC 細(xì)胞系 DU145 和 LNCaP 在 PDMS 涂層板上與 CAF 和 NF 單培養(yǎng)和共培養(yǎng)三天，并獲取明場圖像以監(jiān)測隨著時(shí)間的推移聚集體的發(fā)展?？偟膩碚f，發(fā)現(xiàn) 16-24 小時(shí)是讓腫瘤細(xì)胞和成纖維細(xì)胞形成穩(wěn)定球體以進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的最佳孵育時(shí)間，而細(xì)胞與球狀體的整合模式取決于腫瘤細(xì)胞類型。為了研究 CAF 和 NF 在誘導(dǎo) PC 細(xì)胞對高 FSS 的抗性中的作用，將球狀體中單培養(yǎng)和與 CAF 和 NF 共培養(yǎng)的 DU145 和 LNCaP 暴露于高強(qiáng)度 FSS (5920 dyn/cm 2 )，然后用流式細(xì)胞術(shù)檢測 Hoechst 陽性細(xì)胞的活力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高 FSS 分別降低 DU145 和 LNCaP 細(xì)胞中 20% 和 50% 的細(xì)胞活力。增加高 FSS 暴露的持續(xù)時(shí)間進(jìn)一步將相應(yīng)細(xì)胞系的細(xì)胞活力降低至 40% 和 60%（圖1 A）。然而，與 DU145 單培養(yǎng)或 DU145 與 CAFs 以高強(qiáng)度 FSS 共培養(yǎng)相比，與 NFs 共培養(yǎng)的 DU145 細(xì)胞表現(xiàn)出更高的細(xì)胞活力（圖1 B、C）。類似地，與 LNCaP 和 LNCaP-CAF 相比，與 NF 共培養(yǎng)的 LNCaP 細(xì)胞顯示出略高的細(xì)胞活力（圖1 D）。這些發(fā)現(xiàn)表明 NFs 促進(jìn)高 FSS 中的細(xì)胞存活率，CAFs 也有這種作用，盡管程度較低。這表明成纖維細(xì)胞可能通過對高FSS的細(xì)胞保護(hù)功能促進(jìn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。
圖1 NF 通過細(xì)胞間接觸和可溶性衍生因子在轉(zhuǎn)移性 PC 細(xì)胞中誘導(dǎo) FSS 抗性。
( A ) 散點(diǎn)圖表示 DU145 和 LNCaP 細(xì)胞在暴露于高強(qiáng)度 FSS 前后的細(xì)胞活力百分比。
( B ) LNCaP、LNCaP-CAF 和 LNCaP-NF 球體在暴露于高 FSS（綠色LNCaP，紅色成纖維細(xì)胞，藍(lán)色細(xì)胞核）后的免疫熒光染色。( C ) 條形圖表示 DU145、DU145-CAF 和 DU145-NF 球體在不同 FSS 幅度下的歸一化細(xì)胞活力。使用雙向方差分析計(jì)算了共培養(yǎng)在 DU145 中誘導(dǎo) FSS 抗性的顯著影響。( D ) 條形圖顯示暴露于 FSS 的 LNCaP、LNCaP-CAF 和 LNCaP-NF 球體的歸一化細(xì)胞活力。使用雙向方差分析計(jì)算顯著性。
為了確定成纖維細(xì)胞衍生因子在誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞對 FSS 的抗性反應(yīng)中的作用，使用 CAF-和 NF- 條件培養(yǎng)基培養(yǎng) DU145 和 LNCaP 球形細(xì)胞，并在相同的實(shí)驗(yàn)條件下暴露于高強(qiáng)度 FSS。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，成纖維細(xì)胞衍生因子可能賦予 DU145、PC3 而非 LNCaP 對 FSS 的抗性。因此，成纖維細(xì)胞的細(xì)胞保護(hù)作用可能是細(xì)胞間接觸和成纖維細(xì)胞衍生因子的協(xié)同作用，這些因子具有很強(qiáng)的雄激素非依賴性細(xì)胞類型特異性。除了生存能力之外，實(shí)驗(yàn)還評估了與成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)對癌細(xì)胞增殖的影響。結(jié)果表明， NFs 在靜態(tài)條件下增強(qiáng)了癌細(xì)胞增殖，表明 DU145、LNCaP 和 PC3 在腫瘤進(jìn)展中的發(fā)揮增殖作用。同樣，在 DU145 細(xì)胞中，NFs 和 CAFs 在高 FSS 暴露后促進(jìn)癌細(xì)胞增殖，表明成纖維細(xì)胞可以通過保護(hù)癌細(xì)胞增殖能力免受 FSS 影響，從而在經(jīng)歷血源性而非淋巴傳輸?shù)募?xì)胞中形成繼發(fā)性腫瘤。為了研究暴露于 FSS 后腫瘤細(xì)胞增殖率的變化是否與細(xì)胞間接觸或成纖維細(xì)胞衍生因子有關(guān)，將 DU145、LNCaP 和 PC3 球形細(xì)胞與 CAF- 和 NF- 條件培養(yǎng)基一起培養(yǎng)。暴露于 FSS 后，發(fā)現(xiàn) CAF 和 NF 條件培養(yǎng)基不會增加 DU145、LNCaP 和 PC3 細(xì)胞中的腫瘤細(xì)胞增殖。然而，PC3 與球體形式的 NF 條件培養(yǎng)基共培養(yǎng)時(shí)在靜態(tài)條件下略微增強(qiáng)了 PC3 的增殖。這表明在 FSS 下維持腫瘤細(xì)胞增殖能力的主導(dǎo)因素是具有 CAF 和 NF 的腫瘤細(xì)胞簇。為了確定腫瘤細(xì)胞是否可以將 NF 激活為 CAF 樣細(xì)胞狀態(tài)，將 CAF 和 NF 單培養(yǎng)和與腫瘤細(xì)胞（DU145、LNCaP和PC3）共培養(yǎng)，并評估 CAF 標(biāo)記物（FAP、FSP-1和 α-SMA）表達(dá)的變化。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞呈球狀時(shí)，腫瘤細(xì)胞可以通過外泌體與成纖維細(xì)胞進(jìn)行交流，外泌體誘導(dǎo) NF 激活為 CAF 細(xì)胞狀態(tài)。因此，成纖維細(xì)胞對細(xì)胞信號的反應(yīng)取決于癌細(xì)胞類型。總之，該研究已經(jīng)證明，活性 CAFs 通過細(xì)胞間接觸以及可溶性衍生因子賦予細(xì)胞聚集體中的前列腺腫瘤細(xì)胞 FSS 抗性。重要的是，這種異型細(xì)胞簇可以維持 FSS 內(nèi)前列腺腫瘤細(xì)胞的增殖能力。事實(shí)上，活性 CAF 細(xì)胞是促進(jìn)循環(huán)中腫瘤細(xì)胞存活的關(guān)鍵參與者，這表明血液中循環(huán) CAF 作為轉(zhuǎn)移性疾病預(yù)后不良的生物標(biāo)志物的重要性，以及新型癌癥治療的有希望的靶點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：Ortiz-Otero N, Clinch AB, Hope J, Wang W, Reinhart-King CA, King MR. Cancer associated fibroblasts confer shear resistance to circulating tumor cells during prostate cancer metastatic progression. Oncotarget. 2020 Mar 24;11(12):1037-1050. doi: 10.18632/oncotarget.27510. PMID: 32256977; PMCID: PMC7105166.
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