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  腫瘤的成長與發(fā)展與腫瘤微環(huán)境（TME）中的生物物理因素密切相關(guān)，包括細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）剛度。當(dāng)中，在組織和細(xì)胞層面的機(jī)械參數(shù)平衡偏離于正常數(shù)值能促進(jìn)癌癥的發(fā)展，例如腫瘤通常比正常組織更剛硬，因?yàn)?/span>TME的ECM的相互交聯(lián)程度會(huì)增加。此外，癌細(xì)胞增殖導(dǎo)致ECM對(duì)于腫瘤體積擴(kuò)張產(chǎn)生對(duì)抗壓力，形成了周圍ECM的變形和高腫瘤硬度所產(chǎn)生的腫瘤內(nèi)應(yīng)力，并進(jìn)一步促進(jìn)腫瘤生長。然而，在三維空間的機(jī)械應(yīng)力條件對(duì)于促進(jìn)腫瘤成長的分子機(jī)制尚不清楚。

  應(yīng)激響應(yīng)的熱休克蛋白70（Hsp70）是一類蛋白分子伴侶（Molecular chaperone），它可通過緩沖對(duì)蛋白有毒性的刺激，如熱和機(jī)械應(yīng)力，維持細(xì)胞的存活率。文獻(xiàn)表明，機(jī)械應(yīng)力的作用可上調(diào)血管平滑肌細(xì)胞和椎間盤細(xì)胞的Hsp70表達(dá)。另一份報(bào)告表明，缺乏Hsp70的乳腺癌細(xì)胞沒法在小鼠體內(nèi)成瘤和進(jìn)行轉(zhuǎn)移。這些發(fā)現(xiàn)表明，Hsp70可能在應(yīng)對(duì)機(jī)械應(yīng)力調(diào)節(jié)癌細(xì)胞腫瘤原性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，據(jù)我們所知，尚無研究探究機(jī)械調(diào)控癌細(xì)胞中Hsp信號(hào)激活的分子機(jī)制。

 圖1剛硬水凝膠的約束應(yīng)力激活包裹在里的癌細(xì)胞的Hsp70信號(hào)通路，從而上調(diào)其生存、增殖和干性特征。

  基于上述，華南理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院邊黎明教授團(tuán)隊(duì)通過制造了基于透明質(zhì)酸的水凝膠，調(diào)控其剛度從軟（～2kPa）至硬（～100 kPa），以研究ECM硬度對(duì)癌細(xì)胞生長和致腫瘤性的影響（圖1a）。成果表明，包裹在剛硬的水凝膠的癌細(xì)胞顯展現(xiàn)更好的細(xì)胞增殖率和形成更大的細(xì)胞球體，而較軟的水凝膠里的癌細(xì)胞則較少。通過酶降解來軟化水凝膠，導(dǎo)致癌細(xì)胞球體擴(kuò)大和細(xì)胞核大小增加，表明對(duì)癌細(xì)胞有高限制應(yīng)力。這種機(jī)械應(yīng)力通過激活TRPV4-PI3K/Akt-HSF1信號(hào)途徑，上調(diào)了Hsp70的表達(dá)和相關(guān)的干性標(biāo)記，從而促進(jìn)該癌細(xì)胞于小鼠體內(nèi)的腫瘤生長和轉(zhuǎn)移能力（圖1b）。總括來說，該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)提供了關(guān)于水凝膠的機(jī)械應(yīng)力對(duì)腫瘤生長和發(fā)展的重要機(jī)制，以及對(duì)于腫瘤治療的關(guān)鍵分子靶點(diǎn)(Hsp70)。

  該工作以“Mechanical manipulation of cancer cell tumorigenicity via heat shock protein signaling”為題發(fā)表在《Science Advances》上（Sci. Adv. 2023, 9 (27), eadg9593）。文章第一作者為香港理工大學(xué)助理教授(研究)王兆康和香港理工大學(xué)博士后殷伯翰博士，文章共同通訊作者為華南理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院張琨雨與邊黎明教授。

  原文鏈接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adg9593 

  邊黎明教授2021年獲聘教育部長江學(xué)者特聘教授，入職華南理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院，現(xiàn)任學(xué)院副院長。邊教授長期致力于發(fā)展先進(jìn)納米材料與水凝膠材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，并且逐漸建立了從基礎(chǔ)材料學(xué)，生物醫(yī)學(xué)研究到醫(yī)療應(yīng)用研究的多方向的深度研究。邊教授課題組近期在高水平學(xué)術(shù)期刊發(fā)表多篇論文，相關(guān)詳細(xì)內(nèi)容可查閱邊教授實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站：https://www.x-mol.com/groups/bian_lab