機械敏感的激素訊號促進乳腺祖細胞擴增，增加乳腺癌風險

撰文 | 染色體

組織中幹-祖細胞的比例與惡性腫瘤的風險相關【1】，腫瘤幹細胞的比例決定了腫瘤的侵襲性、轉移能力和耐藥性【2】。細胞外基質（ECM）對幹細胞微環境起調節作用，ECM的剛度可以影響細胞的生長、存活、分化和組織穩態【3】。腫瘤的ECM常發生變化，高級別的腫瘤通常具有更高的幹-祖細胞比例、ECM纖維化程度和剛度。剛性的ECM可以促進上皮-間質轉化（EMT），導致腫瘤細胞表達幹-祖細胞標記物並呈現幹-祖細胞樣表型【4】。因此，組織的硬度可以調節幹-祖細胞的比例。

近日，來自美國加州大學舊金山分校外科系的Valerie M. Weaver團隊在Cell Stem Cell期刊發表題為Mechanosensitive hormone signaling promotes mammary progenitor expansion and breast cancer risk（機械敏感的激素訊號促進乳腺祖細胞擴增，增加乳腺癌風險）的文章。研究發現，整合素機械訊號在增加乳腺上皮幹-祖細胞比例和促進腫瘤發生中起著重要作用。ERK-PR 誘導的 RANK 訊號是機械敏感的訊號通路，在這一過程中發揮關鍵作用。抑制這些訊號通路可以降低高乳腺密度（mammographic density，MD）女性罹患癌症的風險。

剛性的ECM可以透過調節細胞訊號轉導和影響基因表達來改變細胞行為。研究人員推測，剛性的ECM透過改變細胞訊號轉導增加組織中的幹-祖細胞比例。此外，剛性的ECM還可以透過調節孕激素受體（progesterone receptor，PR）的活性，進而增加正常乳腺上皮祖細胞的數量。這種變化可能會促進乳腺腫瘤的發生和發展。研究人員以乳腺組織為例進行了深入探索。

機械訊號上調促進乳腺幹-祖細胞的擴增和活性

通常，高MD的女性乳房中的纖維腺組織較多，患乳腺惡性腫瘤的風險增加。研究發現，高MD組織的基質更堅硬，含有更多的纖維狀膠原和膠原交聯酶。而且，高MD組織中的幹-祖乳腺上皮細胞（stem-progenitor mammary epithelial cells，MECs）的比例也更高。先前的研究表明，高MD的女性乳腺組織中，活化的β1-整合素水平升高，表明組織的剛度促進了整合素機械訊號傳導。為了探究ECM剛度、整合素機械訊號傳導和幹-祖MECs擴增之間的關係，研究人員在小鼠MECs中條件性表達可以促進整合素訊號傳導的人類β1-整合素突變體（V737N）。研究發現，調節整合素機械訊號傳導可以增加乳腺組織中基底MECs的擴張。為了確定基底MECs數量增加是否反映了幹-祖細胞數量上升，研究人員分析了對照小鼠（CTLM）和表達V737N突變體小鼠（V737NM）的乳腺管腔和基底上皮細胞。研究表明，與基底幹-祖細胞有關的Zeb1、Zeb2和Snai1的表達在突變體中升高，而管腔標誌物Cdh1的表達基本上沒有變化。進一步的研究發現，上調整合素機械訊號傳導可以顯著增加基底MECs中的幹-祖細胞數量，並增強它們的自我更新能力，產生更廣泛的上皮生長，這表明整合素機械訊號傳導可以促進乳腺組織的幹-祖細胞功能，並可能與乳腺導管增殖和分支發育相關。

接下來，研究人員評估了機械訊號傳導和基質密度增加幹-祖MECs表型的影響。研究發現，增加膠原基質密度、基質硬度和整合素訊號傳導，有利於基底上皮擴增和幹-祖MECs活性增強。幹-祖細胞相關基因（如Snai2、Zeb1和Smarca2）在基底區域顯著上調，而Sox9在管腔區域表達高於對照組。已知SLUG和SOX9調節幹-祖細胞活性，而ZEB1和SMARCA2是機械訊號傳導因子YAP/TAZ的調節因子，促進基底上皮細胞譜系命運和幹-祖細胞的維持。進一步實驗發現，ZEB1和SLUG與預測的ECM彈性呈顯著正相關，證實了ECM剛度在幹-祖細胞擴增中的作用。此外，機械訊號對於基底幹-祖MECs的維持和擴張也起到重要的調節作用。這些結果提示，ECM剛度和機械訊號對乳腺幹-祖細胞的增殖和功能具有重要的調控作用。

機械訊號誘導乳腺幹-祖細胞擴增的分子機制

在乳腺中，雌激素和孕激素可以調節MECs的增殖和祖細胞擴增。因此，研究人員探究了機械訊號傳導與激素依賴性幹-祖MECs擴增之間的相互作用。實驗發現透過增加基質硬度和整合素機械訊號傳導，可以增加幹-祖MECs相關基因的表達。此外，機械訊號還可以誘導乳腺上皮細胞中RANKL（孕激素誘導的旁分泌因子）的表達水平升高。RANKL訊號與整合素機械訊號的關聯也得到驗證：ECM剛度和整合素機械訊號的增加可以上調RANKL/RANK基因和蛋白的表達，促進乳腺幹-祖細胞的增殖。同時，RANKL抑制劑（RANK:Fc）可以降低幹-祖MECs的比例和活性。此外，機械訊號還可以增強PR的活性，透過ERK介導的磷酸化調節PR的轉錄活性和RANKL的表達水平。研究人員還觀察到高MD組織中幹-祖細胞比例的增加與ERK、PR和RANK訊號的活性升高有關。這些結果表明高MD女性乳腺癌風險的增加與乳腺中幹-祖MECs的比例增加有關。這種增加可能是由於ECM的剛度增加、EGFR-ERK依賴性孕激素誘導的RANKL和RANK訊號上調所致。

組織張力對腫瘤發生和發展的影響

隨後，研究人員進一步探究了機械訊號和ECM剛度對乳腺癌風險和早期上皮病變形成的影響。研究發現，機械訊號和ECM剛度的增加可以促進早期和癌前上皮病變的形成，並且透過抑制RANKL訊號可以預防侵襲性乳腺癌或前體病變的進展。此外，在乳腺癌中，剛性基質和增加的機械訊號可能會促進腫瘤的侵襲和轉移，增加腫瘤幹細胞的數量。小鼠模型的研究表明，增強的機械訊號會導致腫瘤表型轉變為更具侵襲性和幹細胞特徵的型別，對腫瘤起始和侵襲性表型的形成起著重要作用。這些研究結果表明，ECM剛度和機械訊號在腫瘤特性和轉移過程中具有重要作用。

綜上所述，該研究發現剛性ECM和上調的整合素機械訊號可以增強EGFR-ERK-PR介導的RANK訊號通路，增加幹-祖MECs的數量。研究結果表明，透過干預EGFR、ERK或RANK訊號通路，可以降低高MD女性的乳腺癌患病風險，這在高纖維化乳腺癌患者中也具有潛在的應用價值。

原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.12.002

製版人：十一

參考文獻

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