实体肿瘤生长和转移的一个重要诱因是肿瘤纤维化和细胞外基质的硬化。这种情况常见于肝癌、胰腺癌、乳腺癌等。硬化的细胞外基质会促进癌细胞扩增，上皮细胞间质化，肿瘤转移，以及对化疗的抗性。现已知这是由于细胞承受更大张力，激活了整合素下游的信号通路和细胞骨架变化。然而肿瘤纤维化如何影响肿瘤微环境和细胞间通讯进而导致肿瘤生长仍然是未知的。细胞间通讯方法之一是通过分泌外泌体（Exosomes），一类直径在30-150nm的膜性小泡，携带核酸、蛋白质、脂质和细胞代谢产物等多种生物活性成分。外泌体是否参与实体肿瘤微环境中癌细胞-基质细胞的互作，以及其分泌如何受细胞外基质调控的机制尚不清楚。
2023年2月16日，宾夕法尼亚大学Class of 1965教授郭巍课题组于Nature Cell Biology在线发表了题为Stiff matrix induces exosome secretion to promote tumour growth的研究论文，就上述问题进行了回答。这项研究揭示了硬化的细胞外基质促进肿瘤外泌体的释放。其中外泌体中富含的Jagged1介导肿瘤Notch信号通路的激活从而促进肿瘤生长。
利用丙烯酰胺和双丙烯酰胺形成的具有不同硬度（Stiffness）的基质胶，研究人员先在体外模拟了肿瘤微环境中细胞外基质的硬化过程。利用纳米颗粒分析系统，超速离心分离外泌体等研究手段，作者发现肝癌细胞系Huh7 在硬性基质胶（大于5 kPa）相对于软性基质胶（0.5 kPa）分泌的外泌体更多。这种硬性基质胶促进外泌体分泌的现象可以被FAK（局部粘着斑激酶）抑制剂或Akt抑制剂所阻断，从而表明细胞外基质信号通过FAK-Akt信号通路影响外泌体的释放。
接着，作者着眼于活化的Akt影响外泌体的释放的分子机制。他们发现Rabin8作为Rab8的GEF（Guanine nucleotide Exchange Factor）直接受到Akt的调控。Rabin8的S149位点在硬性基质胶条件下会被Akt磷酸化，从而促进Rab8-GDP转化为Rab8-GTP的活化形式，Rab8在此条件下即可促进外泌体的释放。
通过蛋白组学分析，作者比较了硬性基质胶（10 kPa）相对于软性基质胶（0.5 kPa）的细胞及其外泌体蛋白组分。除了一些经典的激酶和细胞外基质相关蛋白在硬性基质条件下有明显上调，作者发现Jagged1在细胞及其外泌体中都明显上调。Jagged1通过与ESCRT-0（The endosomal sorting complexes required for transport-0）蛋白HRS相互作用从而进入外泌体。用这种包含Jagged1的外泌体处理生长在软性基质的细胞能够引起其Notch信号通路的激活，并且在一定程度上使细胞表型向类似于硬性基质上的细胞转变。小鼠体内实验也表明硬性基质来源的外泌体相比于软性基质更容易促进肿瘤生长。病人样本分析也支持了Notch信号通路在这一过程中的重要性。
综上，该研究表明了细胞外基质在肿瘤微环境中通过影响外泌体分泌来促进肿瘤间的交流，并鉴定了FAK-Akt-Rabin8/Rab8为主导的通路是促进分泌的主要机制。同时，研究表明了肿瘤通过细胞外基质调节Notch信号通路，并经由外泌体来携带Jagged1从而促进肿瘤生长。该研究首次表明细胞外基质作为机械力因素，通过影响胞内Rab GTPase家族蛋白成员影响外泌体释放，为今后对于肿瘤微环境研究提供了一个新的方向。
吴斌, 刘的傲, 管磊为本研究的共同第一作者。该研究由Penn Biology，Penn Engineering, Penn Medicine, UCSF, NCI等多个研究机构合力完成。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41556-023-01092-1
