前列腺癌 (PC) 是癌癥相關死亡的第二大原因，其中大部分死亡歸因于癌癥轉移。有證據表明，基質細胞是促進 PC 進展的關鍵。這種反應性基質稱為腫瘤微環境 (TME)，由成纖維細胞、肌成纖維細胞、免疫細胞、內皮細胞和 CAFs 組成，其中最后一個是主要的 TME 成分（占總細胞群的40%-50%）。
幾項研究已經確定，CAFs 通過誘導腫瘤細胞生長、侵襲、上皮-間質轉化（EMT）、ADT 耐藥性以及增強腫瘤細胞定植，在促進 PC 進展中發揮關鍵作用。重要的是，這些先前的研究證明了循環中存在 CAFs 以及循環基質細胞在促進癌癥進展中的重要作用。但是，尚未闡明 CAFs 在血流中的具體功能。在癌癥轉移過程中，腫瘤細胞侵入周圍組織，細胞進入血流進行播散。當腫瘤細胞進入血管時，在靜脈和動脈循環中分別經歷 160s -1~ 900s -1 的流體剪切應力（FSS）。在 CTCs 的傳輸過程中，它們可以在較大的血管、血管分叉處和靠近心臟壁的湍流中經歷超過 3,000 dyn/cm2 的 FSS。FSS 被認為是循環中腫瘤細胞死亡的主要原因。因此，成功的轉移取決于 CTC 以某種方式承受嚴酷的剪切應力環境以在遠處組織中形成繼發性腫瘤。基于此，美國康奈爾大學梅尼格生物醫學工程學院、范德堡大學生物醫學工程系的研究團隊假設，當細胞以集體遷移單位并入細胞聚集體時，CAFs 會賦予循環中腫瘤細胞對高強度 FSS 的抗性。在新的研究中，使用 3D 模型確定最近激活的 CAFs，（稱為活性 CAFs，而不是分化的 CAFs），通過形成穩定的細胞聚集體來誘導對 PC 細胞的 FSS 抗性，從而保持其活力和增殖能力。在這里，闡明了循環 CAF 通過促進 CTC 生存和遷移在血液中的作用的細胞機制。
以球體形式開發腫瘤細胞和成纖維細胞共培養的最佳實驗條件
為了研究成纖維細胞在誘導轉移性前列腺腫瘤細胞中 FSS 抗性中的作用，對腫瘤和成纖維細胞進行了 3D 單培養和共培養，通過隨時間測量以下參數來確定最佳生長條件：（i）球體濃度， (ii) 大小分布，(iii) 異型細胞在球體中的摻入。PC 細胞系 DU145 和 LNCaP 在 PDMS 涂層板上與 CAF 和 NF 單培養和共培養三天，并獲取明場圖像以監測隨著時間的推移聚集體的發展。總的來說，發現 16-24 小時是讓腫瘤細胞和成纖維細胞形成穩定球體以進行進一步實驗的最佳孵育時間，而細胞與球狀體的整合模式取決于腫瘤細胞類型。為了研究 CAF 和 NF 在誘導 PC 細胞對高 FSS 的抗性中的作用，將球狀體中單培養和與 CAF 和 NF 共培養的 DU145 和 LNCaP 暴露于高強度 FSS (5920 dyn/cm 2 )，然后用流式細胞術檢測 Hoechst 陽性細胞的活力。結果發現，高 FSS 分別降低 DU145 和 LNCaP 細胞中 20% 和 50% 的細胞活力。增加高 FSS 暴露的持續時間進一步將相應細胞系的細胞活力降低至 40% 和 60%（圖1 A）。然而，與 DU145 單培養或 DU145 與 CAFs 以高強度 FSS 共培養相比，與 NFs 共培養的 DU145 細胞表現出更高的細胞活力（圖1 B、C）。類似地，與 LNCaP 和 LNCaP-CAF 相比，與 NF 共培養的 LNCaP 細胞顯示出略高的細胞活力（圖1 D）。這些發現表明 NFs 促進高 FSS 中的細胞存活率，CAFs 也有這種作用，盡管程度較低。這表明成纖維細胞可能通過對高FSS的細胞保護功能促進癌細胞轉移。
圖1 NF 通過細胞間接觸和可溶性衍生因子在轉移性 PC 細胞中誘導 FSS 抗性。
( A ) 散點圖表示 DU145 和 LNCaP 細胞在暴露于高強度 FSS 前后的細胞活力百分比。
( B ) LNCaP、LNCaP-CAF 和 LNCaP-NF 球體在暴露于高 FSS（綠色LNCaP，紅色成纖維細胞，藍色細胞核）后的免疫熒光染色。( C ) 條形圖表示 DU145、DU145-CAF 和 DU145-NF 球體在不同 FSS 幅度下的歸一化細胞活力。使用雙向方差分析計算了共培養在 DU145 中誘導 FSS 抗性的顯著影響。( D ) 條形圖顯示暴露于 FSS 的 LNCaP、LNCaP-CAF 和 LNCaP-NF 球體的歸一化細胞活力。使用雙向方差分析計算顯著性。
為了確定成纖維細胞衍生因子在誘導腫瘤細胞對 FSS 的抗性反應中的作用，使用 CAF-和 NF- 條件培養基培養 DU145 和 LNCaP 球形細胞，并在相同的實驗條件下暴露于高強度 FSS。
實驗發現，成纖維細胞衍生因子可能賦予 DU145、PC3 而非 LNCaP 對 FSS 的抗性。因此，成纖維細胞的細胞保護作用可能是細胞間接觸和成纖維細胞衍生因子的協同作用，這些因子具有很強的雄激素非依賴性細胞類型特異性。除了生存能力之外，實驗還評估了與成纖維細胞共培養對癌細胞增殖的影響。結果表明， NFs 在靜態條件下增強了癌細胞增殖，表明 DU145、LNCaP 和 PC3 在腫瘤進展中的發揮增殖作用。同樣，在 DU145 細胞中，NFs 和 CAFs 在高 FSS 暴露后促進癌細胞增殖，表明成纖維細胞可以通過保護癌細胞增殖能力免受 FSS 影響，從而在經歷血源性而非淋巴傳輸的細胞中形成繼發性腫瘤。為了研究暴露于 FSS 后腫瘤細胞增殖率的變化是否與細胞間接觸或成纖維細胞衍生因子有關，將 DU145、LNCaP 和 PC3 球形細胞與 CAF- 和 NF- 條件培養基一起培養。暴露于 FSS 后，發現 CAF 和 NF 條件培養基不會增加 DU145、LNCaP 和 PC3 細胞中的腫瘤細胞增殖。然而，PC3 與球體形式的 NF 條件培養基共培養時在靜態條件下略微增強了 PC3 的增殖。這表明在 FSS 下維持腫瘤細胞增殖能力的主導因素是具有 CAF 和 NF 的腫瘤細胞簇。為了確定腫瘤細胞是否可以將 NF 激活為 CAF 樣細胞狀態，將 CAF 和 NF 單培養和與腫瘤細胞（DU145、LNCaP和PC3）共培養，并評估 CAF 標記物（FAP、FSP-1和 α-SMA）表達的變化。研究人員發現，當細胞呈球狀時，腫瘤細胞可以通過外泌體與成纖維細胞進行交流，外泌體誘導 NF 激活為 CAF 細胞狀態。因此，成纖維細胞對細胞信號的反應取決于癌細胞類型。總之，該研究已經證明，活性 CAFs 通過細胞間接觸以及可溶性衍生因子賦予細胞聚集體中的前列腺腫瘤細胞 FSS 抗性。重要的是，這種異型細胞簇可以維持 FSS 內前列腺腫瘤細胞的增殖能力。事實上，活性 CAF 細胞是促進循環中腫瘤細胞存活的關鍵參與者，這表明血液中循環 CAF 作為轉移性疾病預后不良的生物標志物的重要性，以及新型癌癥治療的有希望的靶點。參考文獻：Ortiz-Otero N, Clinch AB, Hope J, Wang W, Reinhart-King CA, King MR. Cancer associated fibroblasts confer shear resistance to circulating tumor cells during prostate cancer metastatic progression. Oncotarget. 2020 Mar 24;11(12):1037-1050. doi: 10.18632/oncotarget.27510. PMID: 32256977; PMCID: PMC7105166.
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