基质刚度如何驱动胰腺癌肝转移？南通大学附属医院《Advanced Science》：用 GelMA 复现肝纤维化硬度，揭示胰腺癌肝转移的新靶点

摘要

南通大学附属医院团队在《Advanced Science》发表研究，利用 EFL-GelMA水凝胶（产品型号：EFL-GM-60) 制备基质刚度可调水凝胶，发现基质变硬可通过 Piezo1 介导的 Ca²⁺ 内流激活肝星状细胞（HSC），形成“硬度升高—HSC 活化—胶原沉积—进一步变硬”的正反馈。活化的 HSC 经内质网应激和 IRE1α–XBP1 通路上调 GMFG 并分泌至胞外；GMFG 进入胰腺癌细胞后结合 TNS4，激活 FAK/AKT，增强细胞—基质黏附与脂肪酸合成，促进肝转移定植。

论文发表于 2026-06-18 ｜ DOI：10.1002/advs.76173

1.论文档案

英文标题：Stiffness-Activated Stellate Cells Drive Pancreatic Cancer Liver Colonization via GMFG-TNS4 Signaling

期刊 ：Advanced Science 

DOI：10.1002/advs.76173

研究团队：南通大学附属医院团队

疾病 / 场景：胰腺导管腺癌（PDAC）肝转移；肝纤维化导致的基质硬度升高与转移前微环境

核心材料：EFL -GelMA水凝胶（产品型号：EFL-GM-60）；以 0.25% LAP 光引发剂制备刚度可调水凝胶

硬度模型：4%、6%、7%（w/v）GelMA 水凝胶（产品型号：EFL-GM-60），分别对应约 4.82 ± 0.20、9.86 ± 0.79、18.49 ± 0.03 kPa

细胞 / 动物模型：人肝星状细胞 LX-2、CFPAC-1、MIA-PaCa2、Pan02；CCl₄ 诱导的肝硬度梯度 C57BL/6 小鼠模型

关键词：胰腺癌肝转移、基质硬度、GelMA水凝胶、肝星状细胞、Piezo1、GMFG、TNS4、FAK/AKT、内质网应激、脂肪酸合成

2.这篇研究解决了什么问题

胰腺癌以肝转移为主要致死原因。肿瘤细胞能否在肝脏“扎根”，不仅取决于肿瘤细胞本身，也取决于肝脏微环境。肝纤维化时，肝星状细胞持续沉积胶原，使细胞外基质变硬，形成更适合肿瘤细胞黏附、存活和增殖的“土壤”。

但硬度只是一个物理信号。它如何被肝星状细胞感知，又如何转化成可扩散的生化信号去影响胰腺癌细胞，过去并不清楚。

这项研究用基质刚度可调的 GelMA 水凝胶把“硬度”单独拿出来研究，最终串出了 基质硬度—Piezo1—Ca²⁺—内质网应激—GMFG—TNS4—FAK/AKT 这条通路，并证明抑制机械敏感阳离子通道或敲低 TNS4 都能减轻肝转移。

3.研究怎么做

① 构建 GelMA 基质刚度梯度
将 EFL-GelMA水凝胶（产品型号:EFL-GM-60)  溶于 0.25% LAP 溶液，分别制备 4%、6%、7% GelMA 水凝胶，对应低、中、高硬度；LX-2 肝星状细胞在材料上培养 5 天后检测活化、铺展、钙信号和蛋白表达。

② 收集条件培养基
收集低硬度（L-CM）和高硬度（H-CM）HSC的条件培养基，用于处理CFPAC-1、MIA-PaCa2等胰腺癌细胞，观察黏附、上皮/间质标志物、脂滴和增殖变化。

③ 筛选并验证关键分泌因子
通过RNA-seq比较低、高硬度下HSC的差异表达，锁定GMFG；再用敲低、重组蛋白回补、ELISA 和EV分离验证其分泌与递送。

④ 解析受体侧机制
用免疫共沉淀、GST pull-down、分子对接和敲低实验验证GMFG与TNS4的结合，并检测下游FAK、AKT 磷酸化。

⑤ 在体验证干预效果
用 CCl₄建立低/高硬度肝脏背景，经脾脏注射Pan02细胞建立肝转移模型；分别使用 GsMTx4 抑制机械敏感阳离子通道，或敲低肿瘤细胞 TNS4，观察早期定植和长期转移负担。

图1  基质硬度–Piezo1–GMFG–TNS4 轴驱动胰腺癌肝转移的机制模型

4、关键结果

4.1　肝脏变硬，真的会促进胰腺癌肝转移吗？

结论：临床影像可见转移灶周围存在硬度梯度；动物实验中，高硬度肝脏背景形成更高的转移负担。

数据：超声剪切波弹性成像显示，胰腺癌肝转移灶周围硬度从肿瘤边界向外呈梯度下降。CCl₄造模并恢复后，高硬度组肝脏的肝/体质量比、单位切面肿瘤面积和转移灶胶原沉积均高于低硬度组；Ki67、CK19 和 α-SMA 结果提示肿瘤生长与基质活化增强。研究同时确认该时间点未伴随明显肝损伤或炎症升高。

图2 肝转移灶周围硬度梯度，以及高硬度肝脏微环境对胰腺癌转移定植的促进作用

4.2　GelMA硬度如何激活肝星状细胞？

结论：硬度升高通过Piezo1介导的 Ca²⁺内流激活HSC，并形成胶原沉积驱动的硬度正反馈。

数据：低、中、高硬度GelMA分别约 4.82、9.86 和 18.49 kPa。随着硬度升高，HSC 的 α-SMA、Piezo1、肌动蛋白应力纤维、铺展面积、细胞内Ca²⁺和胶原 I逐步增加。Yoda1可在低硬度条件下模拟上述激活，GsMTx4则抑制高硬度诱导的Ca²⁺内流和α-SMA/胶原 I 表达；Piezo1 敲低得到一致结果。向低硬度GelMA中加入胶原 I 会进一步提高基质密度和模量，构成正反馈。

图3 GelMA 硬度梯度激活 HSC：Piezo1–Ca²⁺、α-SMA、胶原 I 与基质硬度正反馈

4.3活化的HSC如何改变胰腺癌细胞？

结论：高硬度HSC的条件培养基让胰腺癌细胞更“黏”、更偏上皮样，并增强脂肪酸合成和增殖。

数据：H-CM处理后可上调E-cadherin、降低 N-cadherin/vimentin，并增强肿瘤细胞与基质的黏附。脂代谢方面，FASN、ACC1、ACLY 表达升高，细胞内甘油三酯和脂滴增加，EdU阳性细胞增多；FASN抑制剂C75可减弱 H-CM带来的增殖优势。高硬度肝脏中的转移灶也显示更高的FASN、ACC1和ACLY表达。

图4 HSC 条件培养基诱导胰腺癌细胞的 MET 样改变、基质黏附和脂质合成

4.4　硬度信号如何转化为可分泌的 GMFG？

结论：高硬度经Piezo1–Ca²⁺ 引发内质网应激，激活IRE1α–XBP1，促进 HSC 产生并分泌GMFG。

数据：RNA-seq将GMFG识别为高硬度HSC的显著上调因子，蛋白和条件培养基 ELISA 均验证其升高。敲低GMFG会削弱H-CM诱导的肿瘤细胞黏附、E-cadherin/FASN 表达、脂滴积累和增殖。高硬度激活内质网应激标志物；4-PBA、TUDCA或BAPTA-AM可降低GMFG分泌或p-IRE1α。Yoda1增加、GsMTx4降低 GMFG分泌。GMFG主要富集在EV组分中，EV也保留了较强的促黏附和促脂质合成活性。

图5 Piezo1–Ca²⁺–内质网应激–IRE1α/XBP1 轴促进 HSC 合成与分泌 GMFG

4.5 GMFG 如何作用于胰腺癌细胞，并在体内验证？

结论：GMFG 与肿瘤细胞内的TNS4结合，激活 FAK/AKT，推动黏附和脂质合成；阻断上游机械敏感通道或下游TNS4均可减轻肝转移。

数据：免疫共沉淀、GST pull-down、分子对接和荧光共定位支持GMFG与 TNS4 结合。敲低 TNS4 会降低肿瘤细胞黏附、脂滴积累和增殖，并削弱 GMFG/H-CM 诱导的 FAK、AKT 磷酸化。体内高硬度组使用GsMTx4后，肝/体质量比、转移灶数量、肿瘤面积和肿瘤区胶原沉积下降；Ki67、GMFG、E-cadherin、FASN、ACC1等指标同步减弱。敲低Tns4可减少72小时早期微转移定植，并在长期模型中降低转移负担。

图6 GMFG与TNS4 结合，激活 FAK/AKT并驱动胰腺癌细胞黏附和脂质合成

图7 抑制机械敏感阳离子通道与敲低 TNS4 对高硬度肝脏转移负担和早期定植的影响

5、常见问题 FAQ

Q1　胰腺癌肝转移为什么和“肝脏变硬”有关？

肝纤维化时，活化的肝星状细胞会持续沉积胶原，使基质硬度升高。高硬度不仅提供更适合肿瘤细胞黏附的物理支架，还会通过 Piezo1 等机械敏感通路改变 HSC 的分泌功能。HSC 进一步释放 GMFG，让胰腺癌细胞增强基质黏附、激活 FAK/AKT，并增加脂肪酸合成，从而更适合在肝脏定植和生长。

Q2　GelMA 水凝胶在这项研究里起什么作用？

GelMA水凝胶在这里不是药物载体，而是用于复现肝纤维化不同硬度的体外模型。本研究使用产品型号为：EFL-GM-60，通过改变 GelMA 浓度制备 4%、6%、7% 三档水凝胶，分别得到约 4.82、9.86、18.49 kPa 的低、中、高硬度基质，使 HSC 在接近生理与病理硬度的环境中培养，从而把“硬度”这一变量单独分离出来。

本研究所用GelMA水凝胶由 EFL 提供。如需开展同类水凝胶模拟基质刚度研究，EFL 可提供 GelMA 水凝胶，产品型号：EFL-GM-30/60/90，品质稳定，服务高效。

Q3　这项研究最值得关注的治疗切入点是什么？

它把治疗靶点从“只针对肿瘤细胞”扩展到了“肝转移微环境”。研究显示，机械敏感阳离子通道抑制剂GsMTx4能降低高硬度肝脏中的转移负担，敲低肿瘤细胞TNS4也能减少早期定植和长期转移。需要说明的是，GsMTx4并非Piezo1特异性抑制剂，研究也未完成全部临床前安全性验证，因此这条通路更适合作为后续精准药物开发的候选方向。