摘要
乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，具有较高的恶性程度和侵袭转移能力。乳腺癌发展过程中通常伴随着胶原的异常交联与沉积，进而导致细胞外基质（extracellularmatrix,ECM）重塑和硬化。因此，肿瘤微环境中的力学因素，特别是基质刚度，在肿瘤的发生发展中扮演着重要角色。之前的研究大多基于化学信号探究肿瘤细胞恶性行为和生长动力学，但基质刚度如何调控乳腺癌生物学特性还尚不清楚。已有文献表明，肿瘤微环境中的多种应激信号与线粒体动力学的异常调节有关。因此，本文主要探讨基质刚度调控乳腺癌细胞凋亡和自噬交互作用以及线粒体动力学的分子机制。 本研究采用刚度分别为10kPa、38kPa、57kPa的聚丙烯酰胺水凝胶，模拟乳腺癌在不同发展阶段（早期、晚期以及发生骨转移）的组织物理硬度。同时将细胞培养在传统的玻片上以观察细胞状态。研究结果发现，培养在软基底上的细胞活力显著降低，坏死细胞数目最多。而且，软基底上的细胞凋亡百分比、自噬小体和自噬溶酶体的数目都明显高于其它实验组。此外，抑制自噬进一步增强软基底诱导的细胞凋亡，以上结果说明，基质刚度诱导乳腺癌细胞凋亡和自噬，并调控两者之间的串扰。接着，探究基质刚度作用的分子机制。研究发现软基底能诱导细胞内线粒体膜电位降低、激活活性氧/c-Jun氨基末端激酶（reactiveoxygenspecies/c-JunN-terminalkinase,ROS/JNK）信号通路。具体而言，在软基底上，ROS/JNK通路的活化一方面能促进Bcl-2相关蛋白X（Bcl-2-associatedX,Bax）易位到线粒体膜上，形成模孔通道，从而释放更多的细胞色素C（cytochrome-C,Cyt-c）进入细胞质中，引发线粒体途径的细胞凋亡。另一方面，促使细胞内B淋巴细胞瘤-2（B-celllymphoma-2,Bcl-2）与自噬效应蛋白1（Beclin-1）相互作用减弱，游离的Beclin-1与液泡蛋白分选34（vacuolarproteinsorting34,VPS34）、自噬相关蛋白14（autophagyrelatedregulator14,Atg14）组成自噬起始复合物促进保护性自噬发生。这表明，基质刚度可通过ROS/JNK通路调控细胞凋亡和保护性自噬，从而决定乳腺癌细胞命运。 上述结果表明，基质刚度软化能诱导线粒体氧化应激，促进线粒体途径的细胞凋亡和保护性自噬，强调了软基底介导的线粒体损伤在乳腺癌进展中的重要性。然而，基质刚度如何介导线粒体失调，尤其是线粒体动力学的损伤和线粒体自噬等关键问题仍有待解答。因此，在上述工作基础上，进一步探究基质刚度调控线粒体动力学和线粒体自噬的分子机制。研究结果表明，软基底可通过内质网-线粒体钙转运触发动力相关蛋白1（dynamin-relatedprotein1,Drp1）的募集和随后的线粒体分裂和自噬。具体而言，软基底可通过IP3R介导内质网钙释放和线粒体钙摄取，Drp1被磷酸化并被招募到线粒体，导致线粒体功能障碍、线粒体分裂和同源性磷酸酶张力蛋白诱导的激酶1（phosphataseandtensinhomologue-inducedputativekinase1,PINK1）/帕金森激酶（Parkinsondiseasekinase,Parkin）介导的线粒体自噬。最后，通过构建较软ECM刚度小鼠模型，验证了活体肿瘤中较软ECM刚度同样通过Drp1调控线粒体分裂和线粒体自噬。此外，线粒体自噬在一定程度上减轻了较软ECM介导的肿瘤组织坏死，有助于肿瘤存活。 综上所述，本论文的研究表明，基质刚度可通过ROS/JNK通路和内质网-线粒体钙转运共同调节乳腺癌细胞生物学特性。软基底可通过ROS/JNK通路诱导线粒体途径的细胞凋亡和保护性自噬，并通过内质网-线粒体钙转运调控线粒体动力学，促进Drp1介导的线粒体分裂和线粒体自噬，共同调控乳腺癌命运。本论文阐明了基质刚度调节乳腺癌生物学特性以及决定细胞命运的分子机制，为癌症发生发展的机制研究和临床治疗提供了新靶点和新策略。
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