胰腺导管腺癌中ITGB5介导的基质生物力学调控对肿瘤进展及预后的影响研究

本研究由来自中国医科大学盛京医院的Aoran Yang、Chengli Gu和Yining Liu（共同第一作者）以及Xin Zhang、Feng Gao和Yu Shi（通讯作者）领导的团队完成，于2025年发表在*Journal of Translational Medicine*（影响因子未提及）上。

学术背景

胰腺导管腺癌（PDAC）是最具侵袭性的恶性肿瘤之一，5年生存率仅约13%。其独特的肿瘤微环境（TME）以大量癌症相关成纤维细胞（CAFs）激活和细胞外基质（ECM）重塑为特征，形成致密的物理屏障，限制化疗药物渗透并促进免疫逃逸。虽然基质靶向治疗策略在理论上具有潜力，但多数临床试验未能显著改善患者生存，这凸显了寻找新型基质调控靶点的紧迫性。

整合素β5（ITGB5）是整合素受体家族成员，既往研究显示其在胃癌中通过TGFBR2促进肿瘤进展，在PDAC中可通过乙酰化修饰促进神经浸润和放疗抵抗。然而，ITGB5在PDAC基质生物力学特性调控中的作用尚未明确。本研究创新性地将磁共振弹性成像（MRE）、原子力显微镜（AFM）与单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术结合，旨在揭示ITGB5通过CAFs调控PDAC生物力学特性的机制及其治疗潜力。

研究流程与方法

1. 临床样本采集与生物力学表征

研究纳入80例符合严格标准的可切除PDAC患者（中位年龄60岁），手术中获取新鲜肿瘤组织。采用3D-MRE（200Hz振动频率）非侵入性测量肿瘤剪切刚度，以中位值2.3kPa为界分为高刚度（HS）和低刚度（LS）组。配套使用AFM测量组织杨氏模量，Masson染色评估胶原沉积，免疫组化检测α-SMA（CAFs标记物）和Ki-67（增殖标志物）。

2. 生物信息学分析

从TCGA和GEO（GSE57495）数据库获取PDAC转录组数据： - 使用EPIC、xCell等四种算法估算CAFs浸润水平 - 采用加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定与CAFs浸润相关的枢纽基因 - 通过单变量Cox回归和LASSO回归构建预后模型 - 使用TIDE算法预测免疫治疗反应

3. 单细胞RNA测序

对8例PDAC患者（4HS vs 4LS）的新鲜组织进行scRNA-seq： - 使用SeekOne®微滴芯片系统构建文库（Illumina Novaseq 6000平台） - 标准流程进行质量控制、UMAP降维和细胞聚类（16个簇） - 标记基因注释识别12种细胞类型，重点关注CAFs亚群 - 细胞间通讯分析（CellPhoneDB）和伪时间轨迹分析

4. 功能实验

体外模型： - 从PDAC组织分离原代CAFs，建立ITGB5敲低（shRNA）模型 - 条件培养基（CM）处理PDAC细胞系（CFPAC-1/MIA PaCa-2） - CCK-8检测细胞活力，EdU标记增殖，Transwell评估迁移侵袭 - AFM测量CAFs机械性能，扫描电镜观察形态变化

体内模型： - 裸鼠皮下移植瘤模型（PDAC细胞与CAFs共注射，1:2比例） - 基因工程KPC小鼠模型（Kras^LSL-G12D/+;Trp53^flox/flox;Pdx1-Cre） - 治疗组：对照组、吉西他滨（50mg/kg）、西仑吉肽（30mg/kg）及联合治疗 - 3D-MRE动态监测肿瘤刚度变化

主要研究结果

1. CAFs浸润与PDAC生物力学特性的临床关联

HS组显示显著更高的胶原沉积（p<0.0001）、α-SMA表达（p<0.0001）和Ki-67指数（p<0.0001）。MRE剪切刚度与胶原含量呈强正相关（r=0.795）。AFM证实HS组杨氏模量更高（p<0.0001），表面形貌更不规则。生存分析显示高CAFs浸润患者预后更差（TCGA中HR=4.363，p=0.02）。

2. 枢纽基因鉴定

WGCNA鉴定出6个核心基因（ANXA1、BCAT1、ITGB5、PLAU、TGFB1、ANTXR2），构建的预后模型AUC达0.756。高风险组患者对免疫检查点阻断的预测反应率仅22%（低风险组57%）。单细胞分析揭示ITGB5特异性高表达于HS组的CAFs（p<2.22e-16），而TGFB1主要在T/NK细胞表达。

3. ITGB5的功能机制

ITGB5敲低使CAFs刚度降低38%（AFM验证），导致： - PDAC细胞克隆形成减少52%（p<0.05） - 迁移侵袭能力下降45%（Transwell） - 增殖标记EdU阳性率降低60%（p<0.001） - COL1A1和α-SMA蛋白表达下调（p<0.0001）

单细胞通讯分析显示HS组富含TIGIT、FN1等信号轴，而LS组以TNF、IL-6通路为主。伪时间轨迹分析发现ITGB5富集于肌纤维母细胞样CAFs（myCAFs）分支。

4. 体内治疗验证

在KPC模型中： - 西仑吉肽单药使α-SMA表达降低65%（p<0.01） - 联合治疗组肿瘤刚度较吉西他滨单药下降42%（AFM） - 联合组中位生存延长58%（p<0.0001），显著优于单药 值得注意的是，吉西他滨虽增加胶原沉积但未改变α-SMA水平，提示其可能通过非CAFs途径导致纤维化。

研究结论与价值

本研究首次确立ITGB5作为PDAC基质生物力学调控的关键分子：
1. 科学价值：揭示了ITGB5通过CAFs-ECM刚度轴促进PDAC恶性进展的新机制，丰富了肿瘤生物力学理论。
2. 方法学创新：建立3D-MRE与scRNA-seq的多模态研究范式，为肿瘤力学特性研究提供可推广的技术路线。
3. 临床意义：证实靶向ITGB5（如西仑吉肽）可逆转吉西他滨诱导的基质纤维化，为改善PDAC治疗耐药提供新策略。

研究亮点

1. 多尺度生物力学表征：首次将宏观尺度MRE（分辨率~3mm）与纳米尺度AFM（分辨率~1nm）数据关联，克服肿瘤异质性挑战。
   
2. 时空动态解析：通过KPC模型捕捉治疗过程中基质刚度的动态演变，揭示”纤维化-治疗抵抗”的恶性循环。
   
3. 转化医学价值：3D-MRE作为无创生物标志物，在临床试验注册号NCT06526442中展现出临床应用的可行性。
   

局限性与展望

研究主要纳入可切除PDAC，未来需拓展至晚期病例；ITGB5对不同CAFs亚型（如icCAFs vs myCAFs）的特异性调控需深入探索；建议开发靶向ITGB5的分子探针以实现精准成像指导治疗。