剪切应力通过自分泌 VEGF 激活 ATOH8，促进循环中结直肠癌细胞的糖酵解依赖性存活

转移是结直肠癌 (CRC) 患者的常见死亡原因。此外，循环肿瘤细胞 (CTCs) 与肿瘤转移密切相关，已成为预测肿瘤复发和患者死亡率的重要生物标志物。尽管大多数 CTCs 会在循环中死亡，但仍有大约 0.1% 的 CTCs 设法作为传播种子而存活，并最终复发。因此，探索 CTCs 的生物学特性，了解让 CTCs 存活的因素，有利于消除这些隐藏的威胁，防止肿瘤转移。

活细胞继续感知并响应机械力，机械力是细胞存活和功能的重要调节器。层流剪切应力 (LSS) 是最关键的机械力之一，是液体在细胞表面流动时所产生的摩擦力。

LSS 对 CTCs 产生持久影响，但关于 LSS 在 CTCs 中是如何感知和转导的尚不清楚。一项新的研究表明，乳腺癌细胞表面的机械敏感 PANX1 通道可以响应 LSS 刺激并促进 CTCs 的存活。此外，癌细胞能够以 lamin A/C 依赖的方式在高剪切应力脉冲下存活。但是，由于 LSS 和 CTC 存活率数据的稀缺性和矛盾性，这需要更多的研究。

机械转导分子具有感知和转换各种机械力的能力，可以将物理刺激转化为生物信号。据报道，作为一种新的 LSS 反应分子，无调性 bHLH 转录因子 8 (ATOH8) 在内皮细胞中由 10 dyn/cm2 的 LSS 诱导。此外，ATOH8 还参与了多个生物学过程的机械因素调控，包括血管生成、骨骼肌形成和胚胎发育。在以往的研究中，ATOH8 在肿瘤中的表达具有异质性，其作为抑癌基因或促癌基因的作用仍存在争议。简而言之，ATOH8 的作用及其在 CRC 进展中感知 LSS 的能力值得进一步研究。

基于此，南方医科大学南方医院肿瘤科、中山大学第一附属医院胃肠外科中心等领域的专家学者进行了深入研究，于 Journal of Experimental & Clinical Cancer Research 上发表了题为《Shear stress activates ATOH8 via autocrine VEGF promoting glycolysis dependent-survival of colorectal cancer cells in the circulation》的实验论文。在该研究中，从 LSS 反应分子 ATOH8 开始，揭示了 LSS 促进结直肠癌细胞在循环中存活并最终可能导致血行转移的机制。

实验结果：

实验将暴露于 0–20 dyn/cm2 生理 LSS 的悬浮细胞定义为模拟循环肿瘤细胞 (m-CTC)，并在相关实验中将其用作 CTC 的替代品。

首先将CRC 细胞系LoVo和SW480悬浮细胞加载到剪切应力装置中，检测LSS反应分子ATOH8的表达。在大小梯度 (0、5、10、20 dyn/cm 2；30 min) 和时间梯度 (10 dyn/cm 2；0、15、30、60 min) 剪切应力刺激后，免疫荧光分析、定量聚合酶链反应 (qPCR) 和蛋白质印迹 (WB) 结果同时显示，表明 ATOH8在CRC m-CTCs中的表达水平和核定位均升高。施加 LSS 15 min后，CRC m-CTCs 中 ATOH8 的 mRNA 水平明显增加，并在 4h 左右达到最大值。

为了进一步研究 ATOH8 在体内对LSS的反应，研究人员采集了外周血样本并进行 CTC 评估。数据表明 CRC CTC 中的 ATOH8 表达对LSS 敏感。

总之，LSS 可以触发 m-CTCs 中 ATOH8 的上调，这可能影响结直肠癌的血行转移和预后。

进一步的实验发现， ATOH8 分别有效地促进了细胞迁移和侵入能力。此外，在悬浮的 LoVo 和 SW480 细胞中，检测到抑制 ATOH8 对细胞凋亡的影响，而在 ATOH8 过表达组中细胞周期没有显著变化。上述数据表明 ATOH8 过表达可能通过抑制死亡而不是促进增殖来增加 CTCs 的数量。

总之，体外和体内实验数据表明，过表达ATOH8 的 m-CTCs 具有独特的抵抗死亡的能力，并在 CRC 转移中发挥重要作用。

接下来，实验证实了ATOH8 通过 HK2 介导的糖酵解促进 CRC m-CTCs 存活。

此外，实验观察到 LSS 驱动的 ATOH8 的分子可塑性促进了 m-CTC 的存活。新出现的证据表明，细胞因子的分泌有助于LSS 相关的机械转导。生物信息学分析表明，血管内皮生长因子（VEGF）是由LSS刺激的内皮细胞（GSE13712和GSE52211）分泌的。

因此，实验研究了 CRC 细胞中的细胞因子和细胞因子受体的水平，发现 LSS 显著上调了VEGF。与ATOH8一致，通过LSS施加强度和持续时间的逐渐增加，在两种CRC m-CTCs 中均观察到VEGF的上调和其分泌的增加。值得注意的是，以往文献表明，当人脱落的乳牙暴露于4 dyn /cm2的剪切应力约4h时，VEGF分泌逐渐达到平台期，这与CRC m-CTCs中ATOH8 mRNA的变化趋势相似。

事实上，在 VEGF 处理的悬浮 CRC 细胞中，实验检测到较少的 ROS 积累和失巢凋亡。同时，VEGF提高了CRC m-CTCs的细胞活力，无论是活细胞还是死细胞实验都可以看出。这些结果表明 CRC m-CTCs 的自分泌 VEGF 可能有助于 LSS 诱导的 ATOH8 上调和细胞存活的变化。随后，研究人员证实了该假设。

总之，这些发现表明 ATOH8 介导的促进CRC m-CTC 存活的部分取决于 LSS 诱导的自分泌VEGF 信号。

VEGF 通过与 CRC 细胞中的 VEGF 受体 2 (VEGFR2) 结合发挥作用，同样，目前的研究结果表明，VEGFR2在暴露于 LSS 的 CRC m-CTC s中上调。随后，实验证实， VEGFR2 相对负责 CRC 细胞中 VEGF 介导的ATOH8 上调。

AKT 和 ERK 信号通路都位于 VEGFR2 的下游，据报道它们与细胞存活有关。然而，目前尚不清楚AKT或ERK信号是否与VEGF / VEGFR2 / ATOH8 轴诱导的CTC存活有关。

最后，实验发现，VEGF 通过选择性激活 VEGFR2-AKT 信号来上调 ATOH8，这对于理解和靶向 m-CTC 存活的潜在机制具有重要意义。

实验结论：

总的来说，我们发现了 LSS 下 m-CTC 存活的一种新机械生物学机制，并证明了 ATOH8 抑制了 CRC m-CTC 中的细胞死亡，这是 CRC 转移的关键步骤。

从机制上讲，ATOH8 通过 LSS 触发的 VEGF-VEGFR2-AKT 信号通路在 CRC m-CTCs 中上调，从而主要通过促进 HK2 转录活性介导 m-CTC 的存活，这对于有效预测肿瘤转移或寻找新的CTC 治疗靶点具有重要意义。

参考文献：

Huang Q, Li S, Hu X, Sun M, Wu Q, Dai H, Tan Y, Sun F, Wang C, Rong X, Liao W, Peng J, Xiao J, Huang L, Wang J, Liang B, Lin K, Liu Y, Shi M. Shear stress activates ATOH8 via autocrine VEGF promoting glycolysis dependent-survival of colorectal cancer cells in the circulation. J Exp Clin Cancer Res. 2020 Jan 30;39(1):25. doi: 10.1186/s13046-020-1533-0. PMID: 32000836; PMCID: PMC6993408.

原文链接：

http://sci-hub.se//32000836/

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