目前2型糖尿病（T2DM）与肝细胞癌（HCC）之间的联系，特别是在非肝硬化（pre-cirrhotic）肝脏条件下，晚期糖基化终产品（AGEs）如何影响肝脏细胞外基质（ECM）的粘弹性，进而促进HCC的发展还不清楚。而T2DM是HCC的主要风险因素，而在非酒精性脂肪性肝炎（NASH）中，高达30%的HCC发生在肝硬化前期，这些患者的血糖控制通常较差。尽管AGEs在NASH中似乎不会显著增加ECM的硬度，但它们可能影响ECM的粘弹性，而ECM的粘弹性变化已被证明会影响细胞行为，包括乳腺癌细胞的增殖和迁移。
研究简介
本研究的主要发现是，在T2DM和肥胖症患者中，AGEs在ECM中积累，导致胶原结构变化和ECM粘弹性增强，这种变化表现为更大的粘性耗散和更快的应力松弛，但并非硬度变化。通过原子力显微镜（AFM）和流变仪对来自T2DM患者的肝样本进行分析，发现这些样本展现出与健康样本相似的硬度，但粘弹性更高。此外，通过在小鼠模型中进行实验，发现高AGE饮食（HiAD）的小鼠表现出脂肪肝、肝细胞气球样变、胰岛素抵抗和更高的肝脏AGEs，这些小鼠的肝脏也展现出增加的粘弹性。
研究进一步探讨了AGEs与粘弹性之间的联系，发现抑制AGE生成或阻断AGE-胶原交联能够逆转粘弹性的变化。这些发现表明，AGEs在肝硬化前期ECM中引起增加的粘弹性。此外，研究还发现，高AGEs和粘弹性与致癌性β-catenin信号相结合，促进HCC的诱导，而抑制AGE生成、重建AGE清除受体AGER1或破坏AGE介导的胶原交联则可以减少粘弹性和HCC生长。
在探讨粘弹性如何促进HCC进展的过程中，使用了多种动物模型和体外3D细胞培养，发现增强的粘弹性通过整合素-β1–tensin-1–YAP机械传导途径促进HCC细胞增殖和侵袭。这些结果揭示了AGE介导的结构变化增强ECM粘弹性，并且粘弹性可以在体内独立于硬度促进癌症进展。
研究还探讨了AGEs如何调节ECM的粘弹性。通过使用二谐生成（SHG）和双光子显微镜成像技术，观察到在T2DM+NASH患者和HiAD饮食小鼠中，胶原网络表现出束状，而在健康人类和chow饮食小鼠中，胶原网络则更为有序，纤维更细。抑制AGE生成或破坏AGE-胶原交联减少了高度交联的不溶性胶原的数量。通过流变学测量和AFM映射，发现AGE交联的胶原水凝胶展现出相似的硬度但更快的应力松弛。通过模拟胶原矩阵的结构参数变化，研究者发现AGEs活动导致的结构变化，即增强的异质性和较短的纤维长度，预计会导致更快的应力松弛和增强的粘弹性。
在探讨粘弹性如何激活YAP并促进肿瘤生长和侵袭的过程中，通过对小鼠肝脏样本进行RNA测序和生物信息学分析，发现在HiAD饮食小鼠中，YAP/TAZ调控的基因富集，并在PM处理和RAGEHepKO小鼠中减少。通过在HiAD饮食小鼠中观察到的YAP激活和其靶基因CTGF和CYR61的诱导，研究者进一步通过共注射显性负TEAD2或对照质粒与hMET和突变β-catenin来证实HCC在更快应力松弛的ECM中是由YAP和TAZ促进的。研究还发现，在高粘弹性凝胶中，细胞表现出增加的增殖、YAP激活和形成TKS5阳性和MT1-MMP阳性的侵入足样结构以及更延长的形状。当Young's模量逐渐增加到5 kPa时，并未观察到细胞增殖、YAP激活或其靶基因的诱导增加。在高粘弹性凝胶中，细胞检测到规范标记物如TKS5和MT1-MMP以及活性整合素β1和磷酸化肌球蛋白轻链（p-MLC）的表达。
讨论了TNS1在介导ECM与细胞骨架之间的机械联系中的作用，以及这种联系如何响应高粘弹性。在高粘弹性条件下，TNS1与整合素β1的相互作用增强，这种相互作用对于细胞的侵入足形成和增殖至关重要。通过CRISPR-Cas9介导的TNS1敲除，研究者进一步证实了TNS1在体内对HCC进展的影响。研究表明，TNS1是响应高粘弹性的关键机械传感器组分，它通过与整合素β1的相互作用，调节RhoA-YAP信号通路，从而影响细胞的增殖和侵袭行为。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06991-9
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