Cell?| 細胞外基質感知調控胰腺癌細胞的自噬異質性

撰文 |咸姐

自噬是細胞通過降解胞內蛋白質和細胞器來維持代謝穩態的關鍵生理過程，在胰腺導管腺癌（PDA）等多種惡性腫瘤的發生發展中扮演重要角色。然而，腫瘤細胞自噬水平的調控機制遠比傳統認知更為復雜——除營養供應和能量感應等經典途徑外，腫瘤微環境中的物理化學因素，尤其是細胞外基質（ECM）如何參與自噬調控，長期以來缺乏系統性研究。PDA因其極高的惡性程度和治療抵抗性，成為癌癥研究領域的難點。值得注意的是，PDA具有顯著的纖維化特征，其微環境中富含層粘連蛋白、膠原蛋白等ECM成分，這些基質成分不僅構成腫瘤的結構支架，更通過機械信號傳導深刻影響腫瘤細胞行為，與患者的不良預后密切相關【1,2】。近年來，單細胞測序和空間組學技術揭示了腫瘤內部存在顯著的功能異質性：不同區域的腫瘤細胞在增殖能力、代謝狀態和藥物敏感性方面呈現高度多樣性。在PDA中，這種異質性與患者預后不良密切相關，但其分子基礎尚不完全清楚。自噬作為細胞應對微環境應激的適應性機制，其活性水平在腫瘤內部分布不均——部分細胞維持高自噬通量以增強化療耐受性，而另一些細胞則降低自噬活性以優先進行增殖【3】。這種“自噬異質性”如何產生、如何被微環境信號所調控，成為理解PDA生物學和開發治療策略的關鍵問題。

近日，來自美國紐約大學朗格尼健康中心的Alec C. Kimmelman團隊 在Cell上在線發表題為Extracellular matrix sensing regulates intratumoral heterogeneity of autophagic flux的文章，發現PDA細胞能夠選擇性感知關鍵的ECM成分，從而獨立于經典的能量應激相關通路，控制其胞內自噬水平，從而獲得協調增殖、存活及化療響應能力。ECM感知通過整合素α3-Hippo-YAP1信號軸精細調控自噬水平，靶向該信號軸可有效抑制PDA生長，并提高其對FDA批準療法的敏感性。總之，本研究揭示了PDA中通過ECM感知調控自噬的新機制，并在多種臨床前模型及患者標本中闡明了其生物學意義。

為系統解析PDA細胞自噬通量的異質性特征，本文研究人員首先利用穩定表達GFP-LC3-RFP（GLR）雙熒光報告基因的人源PDA定PDA球體中自噬通量的正向調控因子。通過比較2D營養饑餓與3D培養條件下的篩選結果，發現一類3D培養特異性的自噬調控基因，其中多個Hippo信號通路的上游組分（如NF2、MST1/2和LATS1/2）被鑒定為關鍵候選分子。NF2或MAP4K4缺失可顯著降低球體中的自噬水平，而補充野生型NF2則能恢復自噬水平。機制分析顯示，PDA細胞中Hippo上游信號存在NF2-MAP4K4依賴和WWC1-MST1/2依賴兩個并行模塊，二者均通過激活LATS1/2激酶抑制下游效應因子YAP1活性，從而實現對自噬的調控，其中約50%低表達MST1/2的PDA細胞系選擇性依賴NF2模塊調控自噬。

深入探究上游Hippo信號調控自噬的分子機制發現，敲除NF2的PDA細胞中溶酶體直徑顯著減小，提示溶酶體形態和功能發生改變。此外，NF2缺失導致溶酶體酸化和溶酶體相關膜蛋白表達水平下降，Cathepsin D活性降低，同時自噬底物p62和LC3-II堆積，表明NF2缺失造成溶酶體生物發生與功能雙重障礙。通過染色質免疫共沉淀測序（ChIP-seq）發現YAP1直接結合于CTSD、TFEB、LAMP1等多個自噬/溶酶體基因的調控區域，RNA測序證實NF2敲除后這些基因mRNA表達顯著下調，且70%的下調基因為YAP1直接結合靶點。

與此同時，研究人員又通過CRISPR-Cas9篩選策略鑒定PDA球體中自噬通量的負向調控因子，結果顯示下游Hippo效應分子YAP1、TEAD4及NCOR共抑制復合物多個組分（NCOR1、HDAC3、GPS2、TBL1XR1）特異性富集為3D條件下的自噬負調控因子。過表達組成型激活的YAP1-S6A突變體或野生型YAP1均可模擬NF2缺失的表型，顯著降低自噬通量、減少自噬異質性，并下調自噬/溶酶體基因表達。機制研究揭示，NF2缺失或YAP1激活導致自噬/溶酶體基因啟動子區域H3K27乙酰化水平降低，該表觀遺傳改變可通過NCOR1敲除予以恢復；免疫共沉淀證實YAP1與NCOR1、HDAC3、TEAD4相互作用，且在NF2缺失時結合增強。單敲除實驗表明YAP1、NCOR1、HDAC3及TEAD4（非TEAD1/3）可恢復NF2缺失細胞的自噬功能，且該調控不依賴mTOR、AMPK及氨基酸感應通路。

進一步地評估Hippo-YAP調控自噬對PDA細胞適應性及腫瘤生長的影響，發現NF2缺失細胞在2D培養中存活正常，但在3D球體中顯著死亡，該表型在約40%高表達NF2且低表達MST1/2的PDA細胞系中重現，提示存在NF2依賴型和非依賴型兩類PDA細胞。小鼠原位胰腺癌移植模型顯示，NF2敲除顯著抑制腫瘤生長，且抑制效應強于ATG5敲除，提示同時阻斷自噬通量和溶酶體功能造成更嚴重的適應性障礙。共移植實驗證實NF2敲除或YAP1激活細胞在腫瘤內自噬通量及異質性顯著降低。單細胞測序分析臨床PDA患者腫瘤原發腫瘤和肝轉移灶數據，發現高YAP活性與低自噬水平呈顯著負相關，驗證了該調控機制的患者相關性。

PDA患者原發腫瘤切片的免疫標記顯示，與遠離基質的腫瘤細胞相比，靠近基質αSMA陽性細胞（0-25 μm）的腫瘤細胞（CK19+）表現出更高的YAP1核轉位水平。為了驗證這一觀察結果，研究人員通過體外基質樣HPSC共培養及條件培養基實驗證實基質來源ECM通過Hippo通路抑制自噬，該效應可被活性膠原酶消除或NF2缺失阻斷。細胞黏附實驗顯示PDA細胞優先結合層粘連蛋白（Lam）而非纖連蛋白或玻連蛋白，Matrigel（富含Lam）3D培養可劑量依賴性激活YAP1并抑制自噬，該效應在NF2缺失細胞中消失，證實Lam感知通過NF2-Hippo-YAP軸發揮作用。篩選不同Lam亞型發現，含α1β1γ1（Lam-111）或α5β1γ1（Lam-511）的三聚體可激活YAP1并抑制自噬，而α4β1γ1（Lam-411）無此效應，提示特定Lam鏈組合的功能特異性。原位瘤空間分析顯示低自噬細胞更接近Lam且YAP1激活更高，RNA-seq和患者scRNA-seq數據證實低自噬-高YAP細胞增殖能力更強，形成更大腫瘤，且該增殖優勢依賴于Lam感知。這些臨床前及臨床研究結果表明，通過Hippo-YAP1信號通路感知Lam，可在轉錄水平協調PDA在活躍增殖與自噬性生存之間的應答轉換。

通過人整合素（ITG）芯片與流式細胞術，研究人員發現，PDA細胞高表達ITGA2、ITGA3、ITGAV等多種整合素，但僅敲低ITGA3可顯著增加自噬通量水平，降低自噬異質性，并部分削弱細胞對Lam的黏附，而且ITGA3敲低可上調自噬/溶酶體基因表達，同時下調Hippo-YAP1靶基因。進一步地，ITGA3缺失不影響mTOR/AMPK通路，但導致p-LATS1磷酸化升高、YAP1蛋白穩定性下降。敲低NF2/LATS1/2或蛋白酶體抑制可恢復YAP1蛋白水平，提示ITGA3缺失加速YAP1經泛素-蛋白酶體降解，而且同時敲低LATS1/2可逆轉ITGA3缺失誘導的自噬通量升高和YAP1活性降低。這些發現表明ITGA3可通過Hippo通路發出信號來控制YAP 1活性和自噬通量。

羥氯喹作為氯喹的低毒性代謝產物，是唯一獲FDA批準用于阻斷患者自噬通量的藥物，但其作為單藥療效有限。鑒于ITGA3在PDA中高表達且與不良預后相關，研究人員體外實驗證實ITGA3敲低可增強PDA細胞對氯喹的敏感性。患者來源類器官中，ITGA3中和抗體或基因敲除聯合氯喹亦可產生協同抑制作用。原位移植瘤模型中，ITGA3敲除顯著抑制腫瘤生長，聯合氯喹或吉西他濱進一步增強了抑瘤效果。通過共移植實驗策略，將BFP標記的對照和ITGA3敲除細胞混合植入小鼠胰腺，流式分析顯示ITGA3敲除使腫瘤自噬通量整體升高且異質性降低，并消除了吉西他濱誘導的自噬高細胞富集。患者單細胞測序數據分析顯示，化療后腫瘤上皮細胞中高自噬特征細胞比例顯著增加，提示化療誘導自噬高細胞富集。ITGA3敲除聯合氯喹或吉西他濱可顯著降低原位腫瘤重量，聯合治療組cleaved caspase-3陽性細胞比例最高。總體而言，靶向ECM介導的自噬水平調控，可用于提高PDA對FDA批準療法的敏感性。

綜上所述，本研究揭示了PDA中ECM感知調控自噬異質性的新機制，發現ECM中的Lam通過整合素α3-Hippo-YAP1信號軸精細調控自噬水平，導致腫瘤內呈現低自噬（高增殖）和高自噬（化療耐受）兩種功能迥異的細胞亞群。靶向ITGA3可消除自噬異質性，增強氯喹和吉西他濱的療效，為克服PDA治療抵抗提供了新的聯合治療策略。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.12.053

參考文獻

1. Tian, C., Clauser, K.R., O¨ h lund, D., et al. (2019). Proteomic analyses of ECM during pancreatic ductal adenocarcinoma progression reveal different contributions by tumor and stromal cells.Proc. Natl. Acad. Sci. USA116, 19609–19618.

2. Shi, S., Luo, Y., Wang, M., et al. (2022). Tumor fibrosis correlates with the survival of patients with pancreatic adenocarcinoma and is predictable using.e18.

制版人： 十一

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