DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56878-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39966385
تاريخ النشر: 2025-02-18
المؤلف: Yingying Zhao وآخرون
الموضوع الرئيسي: ميكانيكا الخلايا والتفاعلات
نظرة عامة
في هذا القسم، يبحث المؤلفون في دور صلابة المصفوفة في تشكيل الأماكن المبدئية للانتقال في سرطان الكبد (HCC)، مع التركيز بشكل خاص على تأثيرها على استقلاب الجلوكوز. يكشفون أن صلابة المصفوفة تؤثر على الميكروRNAs (miRNAs) المستخرجة من الحويصلات، والتي تعدل غنى الجلوكوز في المكان المبدئي للانتقال في الرئة. يحدث هذا التعديل من خلال تقليل امتصاص واستهلاك الجلوكوز بواسطة الخلايا الليفية الرئوية، إلى جانب زيادة في تكوين الأوعية الدموية ونفاذية الأوعية. تفترض الدراسة أن غنى الجلوكوز ضروري لاستعمار وبقاء خلايا الورم النقيلية، مما يسهل نمو بؤر النقائل.
تدمج الأبحاث النظريات الراسخة حول انتقال الورم، مقترحة أن المكان المبدئي للانتقال يعد خطوة حاسمة لالتصاق واستعمار خلايا الورم المتداولة (CTCs). تبرز دور العوامل القابلة للذوبان التي تطلقها الأورام الأولية، مثل LGALS3 وVEGFA وPDGF، في تعليم الخلايا الداعمة وتجنيد الخلايا المناعية لتشكيل هذه الأماكن. بالإضافة إلى ذلك، يؤكد المؤلفون على أهمية الحويصلات المستخرجة من الورم في التواصل بين الخلايا، مما يساعد في تنشيط الخلايا الليفية الرئوية وإنتاج العوامل المسببة للالتهاب، وبالتالي يساهم في إنشاء المكان المبدئي للانتقال في الرئة.
الطرق
في هذه الدراسة، التزمت جميع المنهجيات بالمعايير الأخلاقية التي وضعتها مستشفى تشونغشان، جامعة فودان، ومستشفى تايتشو الشعبي التابع لجامعة نانجينغ الطبية. على وجه التحديد، منح لجنة الأخلاقيات لرعاية الحيوانات في مستشفى تشونغشان الموافقة على جميع التجارب الحيوانية (رقم الموافقة 2022-080). بالإضافة إلى ذلك، تم التصريح بجمع واستخدام المواد السريرية من قبل لجنة الأخلاقيات البحثية لمستشفى تايتشو الشعبي (رقم الموافقة KY2023-161-01). تضمن هذه الموافقات أن البحث تم إجراؤه وفقًا للإرشادات الأخلاقية التي تحكم الأبحاث الحيوانية والسريرية.
النتائج
تشير النتائج إلى أن الوسط المشروط (CM) المستخرج من خلايا سرطان الكبد (HCC) المزروعة على ركائز عالية الصلابة يسرع بشكل كبير من تشكيل الأماكن المبدئية للانتقال في نماذج الفئران الخالية من الأورام. على وجه التحديد، استخدمت الدراسة الأوساط المشروطة من خلايا Hepa1-6 المزروعة على ركائز 6 kPa (L-CM) و16 kPa (H-CM)، والتي تم حقنها في فئران C57BL/6. أظهر تحليل تدفق الخلايا أن تجنيد خلايا الدندريت المشتقة من نخاع العظام (BMDCs) CD11b + CD45 + كان أعلى بكثير في مجموعة H-CM مقارنة بمجموعة L-CM، خاصة في اليوم 26، الذي تم تحديده كنقطة زمنية حاسمة لتشكيل المكان بنجاح. بالإضافة إلى ذلك، أظهر تحليل التعبير الجيني مستويات مرتفعة من الجينات المرتبطة بالمكان المبدئي للانتقال (مثل Fn وMmp9 وS100a8 وS100a9 وBv8) في مجموعة H-CM، إلى جانب زيادة في الفيبروكتين وخلايا مثبطة مشتقة من النخاع (MDSCs)، وانخفاض في خلايا CD8 + T الفعالة.
عززت التجارب في المختبر هذه النتائج، حيث أظهرت أن معالجة H-CM للخلايا الليفية الرئوية زادت بشكل كبير من مستويات الفيبروكتين وMMP9، مما يعزز إعادة تشكيل المصفوفة التي تسهل التصاق خلايا الورم. علاوة على ذلك، أدت معالجة H-CM للخلايا البطانية الوعائية (HUVECs) إلى زيادة التعبير عن VEGFR2 وارتفاع نفاذية الأوعية، مع تقليل مستويات ZO-1 وVE-cadherin، مما يشير إلى تدهور سلامة الأوعية. بشكل جماعي، تشير هذه النتائج إلى أن H-CM لا يعزز فقط تشكيل الأماكن المبدئية للانتقال في الرئة من خلال تعديل المناعة وإعادة تشكيل المصفوفة، بل يعزز أيضًا تكوين الأوعية الدموية ونفاذية الأوعية، مما يخلق بيئة مواتية للانتقال.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على دور غنى الجلوكوز في تشكيل الأماكن المبدئية للانتقال في الرئة التي تحفزها الوسط المشروط عالي الصلابة (H-CM) من خلايا سرطان الكبد (HCC). تظهر الدراسة أن H-CM يقلل بشكل كبير من التعبير عن ناقلات الجلوكوز (GLUT1 وSGLT2) وإنزيمات التحلل السكري (PFKP وPKM2 وHK2) في الخلايا الليفية الرئوية، مما يؤدي إلى انخفاض في امتصاص الجلوكوز واستقلابه. يخلق هذا التغيير الأيضي بيئة غنية بالجلوكوز تدعم استعمار وبقاء خلايا الورم المنتشرة. بالإضافة إلى ذلك، تحدد الدراسة أن غنى الجلوكوز يعزز التعبير عن الإنتغرين β1 في خلايا HCC، مما يعزز التصاقها بالمكان المبدئي للانتقال، بينما يسهل أيضًا تمايز خلايا مثبطة مشتقة من النخاع (MDSCs)، مما يساهم في بيئة مثبطة للمناعة.
علاوة على ذلك، تؤكد الأبحاث على الدور المحوري للحويصلات المستخرجة من الورم في الوساطة بين غنى الجلوكوز داخل المكان المبدئي للانتقال. أظهرت الحويصلات المستخرجة من خلايا HCC أنها تنظم استقلاب الجلوكوز في الخلايا الليفية الرئوية، وأن نقصها عكس تأثيرات H-CM على المسارات المتعلقة بالجلوكوز. تشير النتائج إلى أن الحويصلات لا تسهل فقط إعادة تشكيل المكان ولكن أيضًا تعزز إمدادات الجلوكوز من خلال زيادة نفاذية الأوعية وتكوين الأوعية. بشكل عام، تفترض الدراسة أن غنى الجلوكوز هو سمة جديدة من سمات المكان المبدئي للانتقال في الرئة، تؤثر بشكل كبير على سلوك خلايا الورم والمشهد المثبط للمناعة، مما يعزز في النهاية الانتقال.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56878-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39966385
Publication Date: 2025-02-18
Author(s): Yingying Zhao et al.
Primary Topic: Cellular Mechanics and Interactions
Overview
In this section, the authors investigate the role of matrix stiffness in the formation of pre-metastatic niches in hepatocellular carcinoma (HCC), particularly focusing on its impact on glucose metabolism. They reveal that matrix stiffness influences exosomal microRNAs (miRNAs), which modulate glucose enrichment in the lung pre-metastatic niche. This modulation occurs through a reduction in glucose uptake and consumption by lung fibroblasts, alongside an increase in angiogenesis and vascular permeability. The study posits that glucose enrichment is crucial for the colonization and survival of metastatic tumor cells, facilitating the growth of metastatic foci.
The research integrates established theories of tumor metastasis, proposing that the pre-metastatic niche serves as a critical step for the adhesion and colonization of circulating tumor cells (CTCs). It highlights the role of soluble factors released by primary tumors, such as LGALS3, VEGFA, and PDGF, in educating stromal cells and recruiting immune cells to form these niches. Additionally, the authors emphasize the significance of tumor-derived exosomes in intercellular communication, which aids in the activation of lung fibroblasts and the production of pro-inflammatory factors, thereby contributing to the establishment of the lung pre-metastatic niche.
Methods
In this study, all methodologies adhered to the ethical standards set forth by Zhongshan Hospital, Fudan University, and the Affiliated Taizhou People’s Hospital of Nanjing Medical University. Specifically, the Animal Care Ethical Committee of Zhongshan Hospital granted approval for all animal experiments (Approval No. 2022-080). Additionally, the collection and utilization of clinical materials were sanctioned by the Taizhou People’s Hospital Research Ethics Committee (Approval No. KY2023-161-01). These approvals ensure that the research was conducted in compliance with ethical guidelines governing animal and clinical research.
Results
The results indicate that conditioned medium (CM) derived from hepatocellular carcinoma (HCC) cells cultured on high-stiffness substrates significantly accelerates the formation of lung pre-metastatic niches in tumor-free mouse models. Specifically, the study utilized conditioned media from Hepa1-6 cells grown on 6 kPa (L-CM) and 16 kPa (H-CM) substrates, injected into C57BL/6 mice. Flow cytometry analysis revealed that the recruitment of CD11b + CD45 + bone marrow-derived dendritic cells (BMDCs) was markedly higher in the H-CM group compared to the L-CM group, particularly on day 26, which was identified as a critical time point for successful niche formation. Additionally, gene expression analysis showed elevated levels of pre-metastatic niche-related genes (e.g., Fn, Mmp9, S100a8, S100a9, and Bv8) in the H-CM group, alongside increased fibronectin and myeloid-derived suppressor cells (MDSCs), and a decrease in effector CD8 + T cells.
In vitro experiments further corroborated these findings, demonstrating that H-CM treatment of lung fibroblasts significantly upregulated fibronectin and MMP9 levels, enhancing matrix remodeling conducive to tumor cell adhesion. Moreover, H-CM treatment of vascular endothelial cells (HUVECs) resulted in increased expression of VEGFR2 and heightened vascular permeability, while reducing ZO-1 and VE-cadherin levels, indicating compromised vascular integrity. Collectively, these results suggest that H-CM not only promotes the formation of lung pre-metastatic niches through immune modulation and matrix remodeling but also enhances angiogenesis and vascular permeability, thereby creating a favorable environment for metastasis.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the role of glucose enrichment in the formation of lung pre-metastatic niches induced by high stiffness-conditioned medium (H-CM) from hepatocellular carcinoma (HCC) cells. The study demonstrates that H-CM significantly reduces the expression of glucose transporters (GLUT1, SGLT2) and glycolytic enzymes (PFKP, PKM2, HK2) in lung fibroblasts, leading to decreased glucose uptake and metabolism. This metabolic alteration creates a glucose-enriched microenvironment that supports the colonization and survival of disseminated tumor cells. Additionally, the study identifies that glucose enrichment enhances the expression of integrin β1 in HCC cells, promoting their adhesion to the pre-metastatic niche, while also facilitating the differentiation of myeloid-derived suppressor cells (MDSCs), thereby contributing to an immunosuppressive environment.
Furthermore, the research underscores the pivotal role of tumor-derived exosomes in mediating glucose enrichment within the pre-metastatic niche. Exosomes from HCC cells were shown to regulate glucose metabolism in lung fibroblasts, and their depletion reversed the effects of H-CM on glucose-related pathways. The findings suggest that exosomes not only facilitate the remodeling of the niche but also enhance glucose supply through increased vascular permeability and angiogenesis. Overall, the study posits that glucose enrichment is a novel characteristic of the lung pre-metastatic niche, significantly influencing tumor cell behavior and the immunosuppressive landscape, ultimately promoting metastasis.