Cell | 细胞外基质感知调控胰腺癌细胞的自噬异质性

撰文 |咸姐

自噬是细胞通过降解胞内蛋白质和细胞器来维持代谢稳态的关键生理过程，在胰腺导管腺癌（PDA）等多种恶性肿瘤的发生发展中扮演重要角色。然而，肿瘤细胞自噬水平的调控机制远比传统认知更为复杂——除营养供应和能量感应等经典途径外，肿瘤微环境中的物理化学因素，尤其是细胞外基质（ECM）如何参与自噬调控，长期以来缺乏系统性研究。PDA因其极高的恶性程度和治疗抵抗性，成为癌症研究领域的难点。值得注意的是，PDA具有显著的纤维化特征，其微环境中富含层粘连蛋白、胶原蛋白等ECM成分，这些基质成分不仅构成肿瘤的结构支架，更通过机械信号传导深刻影响肿瘤细胞行为，与患者的不良预后密切相关【1,2】。近年来，单细胞测序和空间组学技术揭示了肿瘤内部存在显著的功能异质性：不同区域的肿瘤细胞在增殖能力、代谢状态和药物敏感性方面呈现高度多样性。在PDA中，这种异质性与患者预后不良密切相关，但其分子基础尚不完全清楚。自噬作为细胞应对微环境应激的适应性机制，其活性水平在肿瘤内部分布不均——部分细胞维持高自噬通量以增强化疗耐受性，而另一些细胞则降低自噬活性以优先进行增殖【3】。这种“自噬异质性”如何产生、如何被微环境信号所调控，成为理解PDA生物学和开发治疗策略的关键问题。

近日，来自美国纽约大学朗格尼健康中心的Alec C. Kimmelman团队 在Cell上在线发表题为Extracellular matrix sensing regulates intratumoral heterogeneity of autophagic flux的文章，发现PDA细胞能够选择性感知关键的ECM成分，从而独立于经典的能量应激相关通路，控制其胞内自噬水平，从而获得协调增殖、存活及化疗响应能力。ECM感知通过整合素α3-Hippo-YAP1信号轴精细调控自噬水平，靶向该信号轴可有效抑制PDA生长，并提高其对FDA批准疗法的敏感性。总之，本研究揭示了PDA中通过ECM感知调控自噬的新机制，并在多种临床前模型及患者标本中阐明了其生物学意义。

为系统解析PDA细胞自噬通量的异质性特征，本文研究人员首先利用稳定表达GFP-LC3-RFP（GLR）双荧光报告基因的人源PDA定PDA球体中自噬通量的正向调控因子。通过比较2D营养饥饿与3D培养条件下的筛选结果，发现一类3D培养特异性的自噬调控基因，其中多个Hippo信号通路的上游组分（如NF2、MST1/2和LATS1/2）被鉴定为关键候选分子。NF2或MAP4K4缺失可显著降低球体中的自噬水平，而补充野生型NF2则能恢复自噬水平。机制分析显示，PDA细胞中Hippo上游信号存在NF2-MAP4K4依赖和WWC1-MST1/2依赖两个并行模块，二者均通过激活LATS1/2激酶抑制下游效应因子YAP1活性，从而实现对自噬的调控，其中约50%低表达MST1/2的PDA细胞系选择性依赖NF2模块调控自噬。

深入探究上游Hippo信号调控自噬的分子机制发现，敲除NF2的PDA细胞中溶酶体直径显著减小，提示溶酶体形态和功能发生改变。此外，NF2缺失导致溶酶体酸化和溶酶体相关膜蛋白表达水平下降，Cathepsin D活性降低，同时自噬底物p62和LC3-II堆积，表明NF2缺失造成溶酶体生物发生与功能双重障碍。通过染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）发现YAP1直接结合于CTSD、TFEB、LAMP1等多个自噬/溶酶体基因的调控区域，RNA测序证实NF2敲除后这些基因mRNA表达显著下调，且70%的下调基因为YAP1直接结合靶点。

与此同时，研究人员又通过CRISPR-Cas9筛选策略鉴定PDA球体中自噬通量的负向调控因子，结果显示下游Hippo效应分子YAP1、TEAD4及NCOR共抑制复合物多个组分（NCOR1、HDAC3、GPS2、TBL1XR1）特异性富集为3D条件下的自噬负调控因子。过表达组成型激活的YAP1-S6A突变体或野生型YAP1均可模拟NF2缺失的表型，显著降低自噬通量、减少自噬异质性，并下调自噬/溶酶体基因表达。机制研究揭示，NF2缺失或YAP1激活导致自噬/溶酶体基因启动子区域H3K27乙酰化水平降低，该表观遗传改变可通过NCOR1敲除予以恢复；免疫共沉淀证实YAP1与NCOR1、HDAC3、TEAD4相互作用，且在NF2缺失时结合增强。单敲除实验表明YAP1、NCOR1、HDAC3及TEAD4（非TEAD1/3）可恢复NF2缺失细胞的自噬功能，且该调控不依赖mTOR、AMPK及氨基酸感应通路。

进一步地评估Hippo-YAP调控自噬对PDA细胞适应性及肿瘤生长的影响，发现NF2缺失细胞在2D培养中存活正常，但在3D球体中显著死亡，该表型在约40%高表达NF2且低表达MST1/2的PDA细胞系中重现，提示存在NF2依赖型和非依赖型两类PDA细胞。小鼠原位胰腺癌移植模型显示，NF2敲除显著抑制肿瘤生长，且抑制效应强于ATG5敲除，提示同时阻断自噬通量和溶酶体功能造成更严重的适应性障碍。共移植实验证实NF2敲除或YAP1激活细胞在肿瘤内自噬通量及异质性显著降低。单细胞测序分析临床PDA患者肿瘤原发肿瘤和肝转移灶数据，发现高YAP活性与低自噬水平呈显著负相关，验证了该调控机制的患者相关性。

PDA患者原发肿瘤切片的免疫标记显示，与远离基质的肿瘤细胞相比，靠近基质αSMA阳性细胞（0-25 μm）的肿瘤细胞（CK19+）表现出更高的YAP1核转位水平。为了验证这一观察结果，研究人员通过体外基质样HPSC共培养及条件培养基实验证实基质来源ECM通过Hippo通路抑制自噬，该效应可被活性胶原酶消除或NF2缺失阻断。细胞黏附实验显示PDA细胞优先结合层粘连蛋白（Lam）而非纤连蛋白或玻连蛋白，Matrigel（富含Lam）3D培养可剂量依赖性激活YAP1并抑制自噬，该效应在NF2缺失细胞中消失，证实Lam感知通过NF2-Hippo-YAP轴发挥作用。筛选不同Lam亚型发现，含α1β1γ1（Lam-111）或α5β1γ1（Lam-511）的三聚体可激活YAP1并抑制自噬，而α4β1γ1（Lam-411）无此效应，提示特定Lam链组合的功能特异性。原位瘤空间分析显示低自噬细胞更接近Lam且YAP1激活更高，RNA-seq和患者scRNA-seq数据证实低自噬-高YAP细胞增殖能力更强，形成更大肿瘤，且该增殖优势依赖于Lam感知。这些临床前及临床研究结果表明，通过Hippo-YAP1信号通路感知Lam，可在转录水平协调PDA在活跃增殖与自噬性生存之间的应答转换。

通过人整合素（ITG）芯片与流式细胞术，研究人员发现，PDA细胞高表达ITGA2、ITGA3、ITGAV等多种整合素，但仅敲低ITGA3可显著增加自噬通量水平，降低自噬异质性，并部分削弱细胞对Lam的黏附，而且ITGA3敲低可上调自噬/溶酶体基因表达，同时下调Hippo-YAP1靶基因。进一步地，ITGA3缺失不影响mTOR/AMPK通路，但导致p-LATS1磷酸化升高、YAP1蛋白稳定性下降。敲低NF2/LATS1/2或蛋白酶体抑制可恢复YAP1蛋白水平，提示ITGA3缺失加速YAP1经泛素-蛋白酶体降解，而且同时敲低LATS1/2可逆转ITGA3缺失诱导的自噬通量升高和YAP1活性降低。这些发现表明ITGA3可通过Hippo通路发出信号来控制YAP 1活性和自噬通量。

羟氯喹作为氯喹的低毒性代谢产物，是唯一获FDA批准用于阻断患者自噬通量的药物，但其作为单药疗效有限。鉴于ITGA3在PDA中高表达且与不良预后相关，研究人员体外实验证实ITGA3敲低可增强PDA细胞对氯喹的敏感性。患者来源类器官中，ITGA3中和抗体或基因敲除联合氯喹亦可产生协同抑制作用。原位移植瘤模型中，ITGA3敲除显著抑制肿瘤生长，联合氯喹或吉西他滨进一步增强了抑瘤效果。通过共移植实验策略，将BFP标记的对照和ITGA3敲除细胞混合植入小鼠胰腺，流式分析显示ITGA3敲除使肿瘤自噬通量整体升高且异质性降低，并消除了吉西他滨诱导的自噬高细胞富集。患者单细胞测序数据分析显示，化疗后肿瘤上皮细胞中高自噬特征细胞比例显著增加，提示化疗诱导自噬高细胞富集。ITGA3敲除联合氯喹或吉西他滨可显著降低原位肿瘤重量，联合治疗组cleaved caspase-3阳性细胞比例最高。总体而言，靶向ECM介导的自噬水平调控，可用于提高PDA对FDA批准疗法的敏感性。

综上所述，本研究揭示了PDA中ECM感知调控自噬异质性的新机制，发现ECM中的Lam通过整合素α3-Hippo-YAP1信号轴精细调控自噬水平，导致肿瘤内呈现低自噬（高增殖）和高自噬（化疗耐受）两种功能迥异的细胞亚群。靶向ITGA3可消除自噬异质性，增强氯喹和吉西他滨的疗效，为克服PDA治疗抵抗提供了新的联合治疗策略。

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

参考文献

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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