华南理工Biomaterials： 揭示黏弹性微环境通过m6A-自噬轴驱动骨肉瘤干性与耐药新机制

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背景介绍

骨肉瘤是青少年最常见的原发性恶性骨肿瘤，好发于关节附近，该区域力学环境复杂。尽管手术联合化疗是标准治疗策略，但化疗耐药导致的复发和转移仍是临床主要难题。肿瘤干细胞特性被认为是驱动耐药的核心因素之一，而自噬在维持肿瘤干细胞干性、代谢可塑性和应激生存中发挥关键作用。近年来，肿瘤细胞外基质的力学性质，尤其是黏弹性（而非单纯的刚度），被认识到能够深刻影响肿瘤演进。然而，ECM的力学动态性如何通过表观转录调控（如m6A RNA修饰）影响自噬和肿瘤干性，此前尚不明确。这一空白限制了对骨肉瘤力学微环境致病机制的理解，也制约了靶向力学信号通路的治疗策略开发。

研究思路

针对上述挑战，华南理工大学边黎明教授、张琨雨教授团队联合广东省人民医院张余教授，提出利用仿生水凝胶平台模拟肿瘤ECM的黏弹性特征，系统探究力学信号如何通过E-钙黏蛋白介导的细胞间黏附，激活AMPK-m6A甲基化级联反应，进而上调FOXO3 mRNA的m6A修饰并驱动自噬，最终维持骨肉瘤干性与化疗耐药。团队构建了基于透明质酸的主客体超分子水凝胶，通过调控网络动态性（高动态HD vs 低动态LD），在刚度一致的前提下独立改变应力松弛行为，并结合体内外模型、RNA甲基化免疫沉淀测序及自噬报告系统，完整揭示了“力学感知-E-钙黏蛋白-AMPK-m6A-FOXO3-自噬-干性/耐药”这一全新信号轴。相关内容以 Mechanical regulation of m6A-dependent autophagy sustains cancer stemness and chemoresistance in a viscoelastic tumor microenvironment 发表在 Biomaterials！

图片解析

图1. 基质动态性调控球体形成与干性：(a) HD/LD水凝胶设计示意图；(b-c) 流变学显示二者弹性模量相近但应力松弛速率迥异（HD约17s，LD约290s）；(d-e) HD组形成致密大球体，LD组仅形成松散小团簇；(f) HD组干性基因SOX2、OCT4、NANOG等显著上调；(g-i) 免疫荧光验证HD组SOX2、OCT4及E-钙黏蛋白表达增强，E-钙黏蛋白呈连续拉链状分布。

图2. E-钙黏蛋白-AMPK-FOXO3 m6A-自噬轴验证：(a) 信号轴示意图；(b) HD组m6A调控因子METTL3、WTAP、YTHDF3表达升高；(c-e) Western blot和免疫荧光验证蛋白水平上调；(f) HD组FOXO3和eIF4B表达升高；(g) MeRIP-qPCR证实HD组FOXO3 mRNA的m6A修饰增加；(h) 自噬相关基因ATG5、ATG7和BECLIN1上调；(i-k) mCherry-EGFP-LC3报告基因显示HD组自噬小体和自噬溶酶体显著增多；(l-m) Western blot示LC3-II/I比值升高、p62降解，提示自噬流增强。

图3. E-钙黏蛋白敲除阻断信号轴：(a-b) siECDH显著抑制HD组球体形成；(c) siECDH下调m6A调控因子、自噬和干性相关基因表达；(d) METTL3荧光减弱；(e) 自噬流降低；(f-g) LC3-II和p62蛋白变化验证自噬受抑；(h-i) SOX2和OCT4表达下降，证明E-钙黏蛋白是该力学信号轴的关键上游分子。

图4. HD水凝胶来源细胞体内致瘤性增强：(a-c) HD组肿瘤生长最快，30天体积约为LD组2倍，小鼠35天全部达终点，而LD组60%存活至60天；(d) H&E染色显示HD组肿瘤形态与临床骨肉瘤高度相似；(e-i) HD组OCT4和E-钙黏蛋白表达水平与临床样本相当，证实该模型的临床转化相关性。

图5. 自噬抑制削弱干性与球体生长：(a) 氯喹（CQ）抑制自噬体-溶酶体融合，渥曼青霉素（Wort）抑制自噬起始；(b-f) 两种抑制剂均剂量依赖性地减小球体大小和存活率；(g) qPCR证实药物抑制ATG7表达；(h) 自噬流检测显示Wort较CQ抑制作用更强，提示靶向自噬起始可能更有效。

图6. 自噬抑制联合顺铂克服耐药：(a) 体内联合治疗设计示意图；(b-h) HD组顺铂单药疗效有限，而联合Wort或CQ显著抑制肿瘤生长，CDDP+Wort组终末体积仅约0.3 cm³；(i-j) 联合治疗组OCT4表达降低、肿瘤呈非侵袭性形态，提示自噬抑制可逆转力学驱动的化疗耐药。

结论

该研究首次建立了ECM黏弹性与m6A表观转录调控之间在骨肉瘤中的功能性联系，揭示了力学信号通过E-钙黏蛋白-AMPK-m6A-FOXO3-自噬轴驱动肿瘤干性与耐药的全新机制。体内实验证明，靶向这一轴中的自噬过程（尤其是自噬起始阶段）能够有效逆转力学微环境赋予的顺铂耐药，且联合用药安全性良好。这一发现不仅拓展了肿瘤力学转导的理论框架——将力学感知、RNA表观修饰和自噬整合为统一的调控网络，也为骨肉瘤及其他实体瘤的力学导向联合治疗策略提供了新思路和新靶点。