胃癌通过MSCs介导的线粒体转移主动重塑机械微环境以促进化疗耐药性的研究

作者及机构
本研究由Xin He、Li Zhong、Nan Wang等共同完成，主要作者来自中山大学第七附属医院科研中心（Scientific Research Center, The Seventh Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University）及中山大学干细胞与组织工程教育部重点实验室（Key Laboratory for Stem Cells and Tissue Engineering, Ministry of Education）。研究成果发表于《Advanced Science》期刊，2024年在线发表，DOI为10.1002/advs.202404994。

学术背景
胃癌（Gastric Cancer, GC）是全球常见的消化道恶性肿瘤，化疗耐药性是治疗失败的主要原因。奥沙利铂（Oxaliplatin, Oxa）作为第三代铂类抗肿瘤药物，虽疗效显著，但耐药机制尚不明确。既往研究多聚焦于肿瘤细胞自身的DNA修复、药物转运通道异常或凋亡通路缺陷，而肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的作用未被充分探索。本研究首次从机械微环境角度出发，揭示细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）刚度通过间充质基质细胞（Mesenchymal Stromal Cells, MSCs）介导的线粒体转移促进Oxa耐药的机制。

研究流程与方法
1. 临床样本与单细胞测序分析
- 样本：选取5例Oxa耐药胃癌患者化疗前后的组织样本，通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析。
- 实验设计：对比化疗前后肿瘤细胞的线粒体含量变化，发现耐药组线粒体增加且与生物合成无关（图1e-h）。通过免疫荧光和Western blot验证线粒体标志物（TOM20、COX4）表达上调（图1e-g）。

1. 线粒体转移机制验证

   • 共培养系统：将MSCs、外周血单核细胞（PBMCs）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）分别与胃癌细胞共培养，通过流式细胞术和活细胞成像证实MSCs是线粒体的主要供体（图2d-h）。
     
   • 体内实验：将GFP标记的胃癌细胞与Mitotracker标记的MSCs共注射至免疫缺陷小鼠，Oxa处理后肿瘤组织中线粒体转移显著增加（图2i-m）。
     

2. 转移途径与功能研究

   • 微囊泡（Microvesicles, MVs）作用：使用抑制剂（Dynasore阻断MVs、Cytochalasin D阻断隧道纳米管）证实线粒体通过MVs转移（图3a-d）。
     
   • 线粒体功能修复：MSCs来源的线粒体通过融合修复胃癌细胞线粒体功能，降低线粒体自噬（Mitophagy）水平（图4a-i），从而抵抗Oxa诱导的细胞死亡。
     

3. 机械信号通路机制

   • ECM刚度调控：原子力显微镜（AFM）显示耐药组组织刚度增加（图5a），胶原沉积（PSR染色）和α-SMA表达上调（图5b）。
     
   • RhoA/ROCK1通路激活：高刚度基质通过激活MSCs的RhoA/ROCK1信号通路促进线粒体转移（图6a-c）。抑制剂Y-27632可逆转耐药性（图6d-h）。
     

4. 体内治疗验证

   • 联合Y-27632与Oxa治疗小鼠模型，肿瘤体积和重量显著减小，凋亡增加（图7a-f），证实靶向机械通路可克服耐药性。
     

主要结果与逻辑关系
- 线粒体来源：耐药组线粒体增加源于MSCs的转移，而非内源合成（图1h-i）。
- 转移途径：MVs是主要载体，依赖ECM刚度激活的RhoA/ROCK1通路（图3, 图6）。
- 功能影响：转移的线粒体通过融合修复功能并抑制自噬，促进细胞存活（图4）。
- 治疗意义：靶向RhoA/ROCK1通路可恢复Oxa疗效（图7）。

结论与价值
1. 科学价值：首次揭示ECM刚度通过机械信号调控线粒体转移的耐药机制，为肿瘤微环境研究提供新视角。
2. 应用价值：ECM刚度可作为化疗耐药的生物标志物；靶向RhoA/ROCK1通路或联合MVs抑制剂可能成为临床治疗新策略。

研究亮点
- 创新性：发现ECM刚度驱动线粒体转移的机械生物学机制，突破传统耐药研究的分子层面局限。
- 方法学：整合单细胞测序、活细胞成像、AFM等多技术，建立体外-体内全链条验证体系。
- 转化意义：提出“力学-代谢”交叉调控的耐药模型，为联合治疗提供理论依据。

其他价值
- 研究涉及临床样本与动物模型的转化医学设计，强化结论的临床相关性。
- 数据公开（DOI可查），促进后续研究。

（注：文中图表编号与原文对应，部分实验细节因篇幅限制简化，详见原文补充材料。）