《The FEBS Journal》：Crosstalk between the extracellular matrix and breast stem cells in health and disease
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本综述聚焦于乳腺干细胞与细胞外基质(ECM)的动态对话，揭示了从青春期、妊娠到衰老的生理重塑中，ECM如何通过蛋白酶（如MMPs、ADAMTS）、机械力（如基质硬化、整合素信号）和免疫微环境，精密调控干细胞命运与乳腺功能。文章进一步阐释了在肿瘤微环境(TME)中，ECM的异常重塑（如胶原交联、CAFs和TAMs的活化）如何驱动肿瘤发生、维持癌症干细胞(CSCs)并介导免疫逃逸，最后展望了靶向ECM的治疗策略（如选择性蛋白酶抑制剂、LOX抑制剂、纳米药物）和新型3D模型在乳腺癌精准防治中的应用前景。
乳房复杂而动态的微环境
乳房不仅是女性性征器官，更是人体内唯一在出生后完成主要发育的器官。其上皮结构被一个异质性的基质所包围，后者包含多种细胞（如成纤维细胞、免疫细胞、脂肪细胞）以及一个由300多种大分子构成的复杂网络——细胞外基质(ECM)。ECM曾被视为单纯的支架，现在被认为是调控组织生理和肿瘤发生的关键中枢。它是一个由胶原（I型胶原在人体乳腺中最丰富）、蛋白聚糖（如透明质酸）和糖蛋白（如层粘连蛋白、纤连蛋白）组成的3D网架。在乳房生命周期的各个阶段，ECM的“动态重塑”是乳腺组织结构和功能的核心，由一系列蛋白酶精密调控，包括基质金属蛋白酶(MMPs)、去整合素金属蛋白酶(ADAMs/ADAMTS)以及交联酶（如赖氨酰氧化酶LOX家族）。
贯穿生命的正常乳腺交互
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基质-上皮交互
从青春期开始，在卵巢激素（雌激素、孕激素）驱动下，乳腺导管开始延伸、分支，形成小叶结构，这个过程由乳腺干细胞/祖细胞驱动。基质也同步演化，纤维和脂肪组织积累，占据非哺乳期成人乳房体积的80%以上。在成人乳腺基质中，主要的细胞类型是成纤维细胞，它们通过分泌ECM成分和旁分泌信号促进上皮生长。研究发现了两种不同的成纤维细胞群：小叶内（CD105high/CD26low）和小叶间（CD105low/CD26high）成纤维细胞。其中，小叶内成纤维细胞具有间充质干细胞样特征，能支持人乳腺腔上皮祖细胞的生长，其基因表达谱与肿瘤基质相似。免疫细胞（如巨噬细胞、嗜酸性粒细胞）在发育、妊娠和复旧过程中也聚集在关键部位，调节ECM动态和干细胞巢功能。随着年龄增长和更年期到来，激素水平下降，ECM成分广泛减少，同时脂肪积累和慢性炎症加剧，这些变化共同构成了绝经后乳腺癌（尤其是ER阳性亚型）风险增加的机制基础。
蛋白酶塑造的基质
贯穿上述发育阶段的是一个以MMPs为主的蛋白酶连续体。MMPs是一组锌依赖的内肽酶，是重塑基质-上皮边界、实现组织形态发生的核心效应器。其中MMP-2、MMP-3和MMP-9在发育中扮演关键角色。有趣的是，MMP-3可以不依赖其蛋白水解活性，通过拮抗非经典WNT配体Wnt5b来调节干细胞功能，其过表达能通过增强经典WNT信号通路促进干细胞扩增。MMPs的释放受到精细调控，包括转录水平对生长因子和细胞因子的响应，以及翻译后通过其分泌型酶原的激活和组织金属蛋白酶抑制剂(TIMPs)的抑制。另一关键的蛋白酶家族ADAMTS也被证明参与干细胞活性的调节。例如，孕激素能增加肌上皮细胞中分泌蛋白酶Adamts18的表达。缺乏Adamts18的小鼠表现出导管发育受损和乳腺祖细胞群减少，其机制涉及Yap/Taz核定位增强，进而上调Fgfr2表达和信号传导。这突显了通过ADAMTS蛋白酶进行的ECM重塑如何构建乳腺干细胞巢并影响上皮再生潜能。
乳腺癌与肿瘤微环境
在恶性环境中，上述精密调控的程序在肿瘤微环境(TME)中被整合并放大。肿瘤发生伴随着ECM沉积（尤其是胶原）、重塑和交联的增强，导致基质硬化、肿瘤细胞生长、迁移和血管生成。ECM还在调节TME中的免疫排斥和抑制中发挥主动作用。
肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)在增加的基质硬度和TGF-β信号影响下被重编程，分泌VI型和XII型胶原，形成一个致密的纤维化ECM，物理上阻碍了细胞毒性T细胞的浸润。癌症相关成纤维细胞(CAFs)被TGF-β激活，通过产生ECM蛋白和调节T细胞功能，进一步强化免疫抑制环境。CAFs分泌包括MMPs在内的多种生物活性因子，直接重塑ECM物理结构，促进肿瘤进展、免疫逃逸和疗法耐药。
增加的基质硬度增强了ECM成分与肿瘤细胞表面受体（特别是整合素）的相互作用，从而激活机械转导信号。高乳腺密度与更高的乳腺癌风险临床相关，其特点包括胶原纤维排列增强导致的基质更硬。ECM还能调节肿瘤休眠和癌症干细胞(CSCs)。例如，转移灶中I型胶原沉积增加会激活β1-整合素-黏着斑激酶(FAK)轴，驱使静息细胞重回增殖状态。而机械力（如约450Pa的过度压力）可通过DDR2-STAT1-p27信号通路诱导细胞周期停滞，使CSCs进入静息状态，从而逃避临床干预。
研究乳房微环境的实验模型
解析乳房稳态和癌症中的多细胞交互，需要能保持组织架构、细胞异质性和动态功能的实验模型。三维(3D)类器官培养为此提供了可扩展、高保真的系统。这些培养物可被嵌入可调水凝胶（天然、合成或混合）中，用于剖析基质硬度和组成如何影响上皮形态发生、免疫浸润和干细胞特性。共培养系统，以及器官芯片和微流控系统，正在积极开发中，以复制乳腺肿瘤中存在的细胞类型和功能复杂性。这些模型有潜力改善我们对上皮-基质相互作用的机制理解，并为临床前药物筛选、个体化治疗测试提供平台。
靶向乳腺癌ECM的治疗策略
靶向ECM的治疗策略旨在减轻其促肿瘤效应。早期针对MMPs的广谱抑制剂临床试验因疗效不佳和肌肉骨骼毒性而令人失望。目前研究转向开发更具选择性的MMP抑制剂和单克隆抗体，例如靶向在侵袭性乳腺癌中过表达的MMP-9和MMP-14。LOX抑制剂可以减少胶原交联，使ECM软化并增加肿瘤通透性，从而可能促进T细胞浸润并重新使肿瘤对化疗敏感。靶向透明质酸合成酶2(HAS2)可以破坏CSCs、TAMs和基质细胞之间的相互作用，损害转移灶形成。
由于CAFs和TAMs是ECM的主要来源，靶向这些细胞及其分泌的细胞因子（如IL-6、TGF-β、PD-L1）可以间接调节ECM组成，减轻纤维化和免疫抑制。例如，选择性PI3K-γ抑制剂Eganelisib已在临床前研究中显示出通过重编程TAMs来重塑TME的潜力。同时，基于纳米颗粒的药物递送系统被设计用来增强药物在致密肿瘤ECM中的穿透，策略包括使用肿瘤穿透性载体、局部递送ECM降解酶（如胶原酶）等。此外，阻断与ECM成分相互作用的细胞受体（如整合素）也是一个有前景的策略，尽管其功能具有背景依赖性。
尽管目前尚无专门针对乳腺癌的ECM靶向药物获批，但多种药物正处于临床或临床前开发阶段。未来的方向包括使用生物标志物筛选最有可能从ECM调节疗法中受益的患者，以及将ECM靶向药物与免疫疗法和精准医学方法相结合。
结论与未来展望
ECM重塑在乳房中扮演着复杂且不断演变的角色，影响着其多能性和再生潜能，并对乳腺癌的发生和发展具有重要影响。尽管大量研究已经解析了乳腺上皮细胞与其微环境之间错综复杂的功能性对话，但仍需要改进的细胞培养模型来整合这种异质性，以深化我们对这个动态器官的理解，从而改进乳腺癌预防，并为患者设计更有效、更具选择性的联合治疗策略。
