肿瘤的成长与发展与肿瘤微环境（TME）中的生物物理因素密切相关，包括细胞外基质（ECM）刚度。当中，在组织和细胞层面的机械参数平衡偏离于正常数值能促进癌症的发展，例如肿瘤通常比正常组织更刚硬，因为TME的ECM的相互交联程度会增加。此外，癌细胞增殖导致ECM对于肿瘤体积扩张产生对抗压力，形成了周围ECM的变形和高肿瘤硬度所产生的肿瘤内应力，并进一步促进肿瘤生长。然而，在三维空间的机械应力条件对于促进肿瘤成长的分子机制尚不清楚。

  应激响应的热休克蛋白70（Hsp70）是一类蛋白分子伴侣（Molecular chaperone），它可通过缓冲对蛋白有毒性的刺激，如热和机械应力，维持细胞的存活率。文献表明，机械应力的作用可上调血管平滑肌细胞和椎间盘细胞的Hsp70表达。另一份报告表明，缺乏Hsp70的乳腺癌细胞没法在小鼠体内成瘤和进行转移。这些发现表明，Hsp70可能在应对机械应力调节癌细胞肿瘤原性方面发挥关键作用。然而，据我们所知，尚无研究探究机械调控癌细胞中Hsp信号激活的分子机制。

 图1刚硬水凝胶的约束应力激活包裹在里的癌细胞的Hsp70信号通路，从而上调其生存、增殖和干性特征。

  基于上述，华南理工大学生物医学科学与工程学院边黎明教授团队通过制造了基于透明质酸的水凝胶，调控其刚度从软（～2kPa）至硬（～100 kPa），以研究ECM硬度对癌细胞生长和致肿瘤性的影响（图1a）。成果表明，包裹在刚硬的水凝胶的癌细胞显展现更好的细胞增殖率和形成更大的细胞球体，而较软的水凝胶里的癌细胞则较少。通过酶降解来软化水凝胶，导致癌细胞球体扩大和细胞核大小增加，表明对癌细胞有高限制应力。这种机械应力通过激活TRPV4-PI3K/Akt-HSF1信号途径，上调了Hsp70的表达和相关的干性标记，从而促进该癌细胞于小鼠体内的肿瘤生长和转移能力（图1b）。总括来说，该团队的发现提供了关于水凝胶的机械应力对肿瘤生长和发展的重要机制，以及对于肿瘤治疗的关键分子靶点(Hsp70)。

  该工作以“Mechanical manipulation of cancer cell tumorigenicity via heat shock protein signaling”为题发表在《Science Advances》上（Sci. Adv. 2023, 9 (27), eadg9593）。文章第一作者为香港理工大学助理教授(研究)王兆康和香港理工大学博士后殷伯翰博士，文章共同通讯作者为华南理工大学生物医学科学与工程学院張琨雨与边黎明教授。

  原文链接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adg9593 

  边黎明教授2021年获聘教育部长江学者特聘教授，入职华南理工大学生物医学科学与工程学院，现任学院副院长。边教授长期致力于发展先进纳米材料与水凝胶材料在生物医学领域的应用，并且逐渐建立了从基础材料学，生物医学研究到医疗应用研究的多方向的深度研究。边教授课题组近期在高水平学术期刊发表多篇论文，相关详细内容可查阅边教授实验室网站：https://www.x-mol.com/groups/bian_lab