循环肿瘤细胞（CTC）是肿瘤转移的关键驱动因素，触发了癌症进展的不可逆过程。深入理解血流动力学中的剪切应力如何影响CTC对揭示其在肿瘤转移中的作用至关重要。近期，香港城市大学杨梦甦教授团队开发了一种微流控循环系统来模拟CTC微环境，并研究了肝癌细胞对不同水平的流体剪切应力（FSS）的反应。相关研究以“Distinguishing high-metastasis-potential circulating tumor cells through fluidic shear stress in a bloodstream-like microfluidic circulatory system”为题目，发表在期刊《Oncogene》上。

本文要点：

1、本研究使用微流控循环系统模拟CTC微环境，以研究典型肝癌细胞对不同流体剪切力水平的反应。

2、在FSS下存活的HepG2细胞表现出TLR4和TPPP3基因的显著过表达，这与HepG2的集落形成、迁移和抗凋亡能力相关。

3、此外，在小鼠模型中，过表达这两种基因的SK-Hep-1细胞通过尾静脉注射显示出对肝脏和肺部的增强转移潜能。

4、TLR4和TPPP3的上调可能通过p53-Bax信号通路增加FSS介导的细胞存活和转移。

5、这些基因的高表达与肝癌患者较差的总体生存率相关，为早期癌症诊断和靶向治疗新策略的开发提供了可能。

全文总结/概括：

微流控循环系统如何帮助研究CTC对流体剪切应力的反应？

1、模拟生理环境：微流控系统可用于模拟体内血液循环的生理条件，包括血流速度和压力，为CTC提供一个接近真实的流体环境。

2、精确控制剪切应力：通过调节微流控系统中的流体速度，可以精确控制CTC受到的流体剪切应力的大小，从而研究不同应力水平对CTC的影响。

3、实时监测：借助微流控循环系统，研究人员可实时监测CTC在流体剪切应力作用下的行为变化，如细胞形态、迁移和聚集等。

4、细胞活性和功能分析：利用微流控系统，可以对经过流体剪切应力处理的CTC进行活性测定和功能分析，比如通过Live/Dead染色和细胞迁移实验。

5、基因和蛋白表达分析：通过RNA测序和Western blotting等技术，研究CTC在流体剪切应力作用后的基因和蛋白表达变化，识别关键的生物标志物。

6、机制探究：微流控循环系统提供了一个平台来探究CTC对流体剪切应力的响应机制，包括细胞信号传导途径的激活和细胞生存能力的调节。

7、临床相关性研究：通过与临床样本的比较分析，微流控循环系统有助于研究CTC的流体剪切应力反应与癌症患者预后之间的关系。

这些方法和技术的综合使用，使得微流控循环系统成为研究CTC对流体剪切应力反应的重要工具。

图1.HepG2细胞对FSS的反应。

图2.通过RNA-seq和RT-qPCR对经FSS处理的HepG2细胞中差异表达基因的研究。

图3.下调TLR4或TPPP3对HepG2细胞的循环存活、集落形成、迁移和抗失巢凋亡的影响。

图4.SK-Hep-1细胞对FSS的反应。

图5.TLR4或TPPP3过表达的SK-Hep-1细胞在体外和体内的反应。

图6.TPPP3和TLR4在肝癌中的临床意义。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41388-024-03075-4