肿瘤免疫逃逸的物理机制
2024-07-15 15:23:19
癌细胞的转移与其躲避免疫细胞攻击、降解细胞外基质（ECM）的能力息息相关。肿瘤免疫微环境在影响癌细胞免疫逃逸和转移方面的重要性已被充分证实，但过往研究主要侧重生物化学层面，微环境中物理因素的作用仍待探索，特别是ECM所介导的癌细胞与免疫细胞之间的力学相互作用是否影响、如何影响癌细胞的免疫逃逸等问题。
近日，叶方富团队构建了一种基于I型胶原蛋白水凝胶的准三维体外共培养模型，揭示了巨噬细胞对两种具有不同转移潜能的结直肠癌细胞（CRC）的追踪响应。相关工作以“Physical immune escape: Weakened mechanical communication leads to escape of metastatic colorectal carcinoma cells from macrophages”为题发表在美国国家科学院院刊(PNAS)(IF:11.1)上。
研究团队通过构建体外共培养模型，发现不同转移潜能的CRC细胞（SW480，SW620）对巨噬细胞的吸引效果存在显著差异：低转移潜能的SW480细胞对巨噬细胞的吸引效果高，而转移潜能较高的SW620细胞则几乎没有吸引效应。通过对CRC细胞周围胶原蛋白结构的观察，发现SW480细胞对胶原蛋白具有极强的重构能力，其附近的胶原蛋白网络呈现明显重排列。利用牵引力显微技术（TFM）、粒子图像测速法（PIV）、显微操作技术，定量表征了两种CRC细胞对胶原蛋白ECM的重构幅度（图1），确定巨噬细胞对癌细胞的追踪响应与ECM的重构幅度相关，ECM力学信号的增强（即重构幅度）能显著提升巨噬细胞的响应行为。进一步，通过使用小干扰RNA（siRNA）技术提高SW480细胞转移能力，降低其对胶原蛋白ECM的重构幅度，有效抑制了其对巨噬细胞的吸引效果。
图1.（A）共培养系统。（B）共培养荧光图像。（C）CRC细胞对巨噬细胞的吸引比例。（D）CRC细胞周围的胶原纤维网络。（E）CRC细胞周围的ECM形变场。（F）ECM局部形变幅度（位移）与SW480细胞距离的关系。（G）ECM形变场中的形变最大值umax。（H）CRC细胞对ECM的有效重构半径re。（I）不同浓度胶原蛋白ECM上的吸引比率。
综上，本文的研究结果表明，CRC细胞的牵引力将极大地影响巨噬细胞的靶向效率，而具有高转移潜力的CRC细胞能通过降低力学通讯躲避巨噬细胞，有效增强免疫逃逸。这一发现可将为理解癌细胞的免疫逃逸和转移提供新思路，为未来癌症免疫治疗策略提供重要参考。
我院叶方富研究员、王晓晨副研究员，中国科学院物理研究所樊琪慧副研究员，北京航空航天大学徐晔教授为本文的共同通讯作者。中国科学院物理研究所与北京航空航天大学联合培养博士研究生杨宸为本文的第一作者，本研究获得了国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、中国科学院的资助。
原文链接： https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2322479121。
近日，叶方富团队构建了一种基于I型胶原蛋白水凝胶的准三维体外共培养模型，揭示了巨噬细胞对两种具有不同转移潜能的结直肠癌细胞（CRC）的追踪响应。相关工作以“Physical immune escape: Weakened mechanical communication leads to escape of metastatic colorectal carcinoma cells from macrophages”为题发表在美国国家科学院院刊(PNAS)(IF:11.1)上。
研究团队通过构建体外共培养模型，发现不同转移潜能的CRC细胞（SW480，SW620）对巨噬细胞的吸引效果存在显著差异：低转移潜能的SW480细胞对巨噬细胞的吸引效果高，而转移潜能较高的SW620细胞则几乎没有吸引效应。通过对CRC细胞周围胶原蛋白结构的观察，发现SW480细胞对胶原蛋白具有极强的重构能力，其附近的胶原蛋白网络呈现明显重排列。利用牵引力显微技术（TFM）、粒子图像测速法（PIV）、显微操作技术，定量表征了两种CRC细胞对胶原蛋白ECM的重构幅度（图1），确定巨噬细胞对癌细胞的追踪响应与ECM的重构幅度相关，ECM力学信号的增强（即重构幅度）能显著提升巨噬细胞的响应行为。进一步，通过使用小干扰RNA（siRNA）技术提高SW480细胞转移能力，降低其对胶原蛋白ECM的重构幅度，有效抑制了其对巨噬细胞的吸引效果。
综上，本文的研究结果表明，CRC细胞的牵引力将极大地影响巨噬细胞的靶向效率，而具有高转移潜力的CRC细胞能通过降低力学通讯躲避巨噬细胞，有效增强免疫逃逸。这一发现可将为理解癌细胞的免疫逃逸和转移提供新思路，为未来癌症免疫治疗策略提供重要参考。
我院叶方富研究员、王晓晨副研究员，中国科学院物理研究所樊琪慧副研究员，北京航空航天大学徐晔教授为本文的共同通讯作者。中国科学院物理研究所与北京航空航天大学联合培养博士研究生杨宸为本文的第一作者，本研究获得了国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、中国科学院的资助。
原文链接： https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2322479121。
