单细胞尺度的局部微环境软度传感器揭示肿瘤内软微环境促进乳腺癌细胞脑转移

目的乳腺癌脑转移预后极差且治疗手段有限,患者仅有8.7个月的中位存活期。转移向性指肿瘤细胞偏好性地向特定器官转移。本课题组之前的研究发现,局部软的微环境可通过调控HDAC3活性将乳腺癌细胞重编程为脑转移向性。但上述结论在力学异质的原发灶微环境中是否成立仍然未知。方法构建单细胞尺度局部微环境软度传感器,基于移植瘤内部固有的力学异质性通过组织学、体外功能试验及动物实验验证肿瘤软环境中癌细胞的脑转移能力。结果(1)通过多种乳腺癌细胞系的力学转录组学分析筛选确定NDRG1对微环境软度敏感且单调响应,构建了NDRG1启动子驱动的m Cherry软度传感器,并在水凝胶与移植瘤内验证了有效性;(2)在组织学水平发现m Cherry信号与脑转移基因Serpin B2以及机制分子HDAC3具有正相关性;(3)根据体外平台的m Cherry响应设定阈值,将移植瘤内的肿瘤细胞分选为m Cherry^(-/+)两组,证明了m Cherry^(+)亚群表达更高的Serpin B2,HDAC3活性更高,且有更强的在软环境中增殖、血脑屏障穿透以及脑切片定植能力。通过心内注射实验发现m Cherry^(+)亚群的体内脑转移能力显著增强。结论本研究脱离体外力学加载,证明了原发灶内部软的局部区域内的肿瘤细胞具有脑转移能力,表明肿瘤内部固有的力学异质性与脑转移向性高度相关。