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背景介绍

胰腺导管腺癌（PDAC）是最致命的实体瘤之一，常于晚期确诊且易早期转移。吉西他滨等系统治疗效果有限且短暂，主要原因在于肿瘤致密间质和强大的治疗耐药性。一个长期被忽视的关键问题是：原发胰腺位点和最常见的肝转移位点具有截然不同的基质组成、力学特性和细胞外基质信号，PDAC细胞如何适应这些解剖学上不同的微环境？脂质代谢重编程是肿瘤细胞适应环境压力的核心机制之一，涉及膜合成、能量储存、氧化还原平衡和信号转导等多重功能。胰腺和肝脏本质上是代谢功能迥异的器官——胰腺肿瘤微环境处于纤维化基质中，而肝脏是活跃的脂质加工、营养处理和免疫监视中心。然而，器官特异性ECM是否主动塑造PDAC细胞的位点依赖性代谢脆弱性，此前尚不清楚。

研究思路

针对上述挑战，南通大学附属医院陆玉华教授、郭益冰教授、万建教授团队开发了一种基于数字光处理打印的GelMA-dECM生物墨水平台，通过整合脱细胞胰腺或肝脏来源的ECM，在可控三维培养条件下重建原发和转移位点的基质微环境，系统探究器官特异性ECM对PDAC脂质代谢编程的指导作用。团队首先通过单细胞测序和临床组织染色明确了原发胰腺癌和肝转移灶之间的位点相关脂质代谢差异——原发灶富集胆固醇/甲羟戊酸相关标志物，肝转移灶则呈现更强的脂肪酸合成特征。随后，他们制备了SD大鼠胰腺和肝脏脱细胞ECM，并与GelMA混合形成可光固化3D打印墨水，在刚度可控的条件下比较两种dECM对PDAC细胞脂质代谢的差异化调控。在此基础上，进一步探究基质刚度对dECM引导代谢方向的放大效应及其YAP相关力学转导机制，并在体内原位胰腺癌和肝转移模型中验证了基于代谢脆弱性的位点匹配化疗增敏策略。相关内容以 3D-Printed Niche-Matched GelMA-dECM Bioinks Rewire Lipid Metabolic Reprogramming and Chemosensitization in Pancreatic Ductal Adenocarcinoma 发表在 Biomaterials！

图片解析

图1. 临床和单细胞分析揭示原发PDAC与肝转移灶的位点相关脂质代谢差异：(A) 公共单细胞数据集GSE154778降维图显示原发和肝转移PDAC细胞分布；(B) 代谢过程富集分析显示脂肪酸合成/脂生成在肝转移细胞中富集，胆固醇/甲羟戊酸代谢与原发灶相关；(C-D) 气泡图和通路评分显示肝转移细胞FASN等脂肪酸合成基因高表达，原发细胞HMGCS1等胆固醇通路基因高表达；(E) 位点相关代谢特征总结示意图；(F) 人原发PDAC和肝转移组织免疫组化染色显示FASN/ACC1在肝转移中更强，HMGCR/HMGCS1在原发灶中更强。

图2. 胰腺和肝脏脱细胞ECM生物墨水的制备与表征：(A,D) H&E和Masson三色染色显示脱细胞后细胞核消失、胶原基质保留；(B,E) SEM显示脱细胞基质呈现多孔纤维超微结构；(C,F) 定量分析证实脱细胞后DNA含量显著降低（胰腺2457→28.2 ng/mg，肝脏2186→30.9 ng/mg），sGAG和胶原保留；(G-H) DLP 3D打印构建细胞负载GelMA-dECM肿瘤模型示意图；(I) 活/死染色显示打印后细胞高活性且均匀分布；(J) SEM显示GelMA-dECM构建体形成均匀多孔水凝胶网络；(K) 流变学分析证实两种dECM生物墨水光交联后形成稳定水凝胶网络。

图3. 器官特异性dECM引导MIA-PaCa2细胞脂质代谢极化：(A) qPCR热图显示胰腺-dECM上调胆固醇/甲羟戊酸基因，肝脏-dECM上调脂肪酸合成基因；(B) 定量分析显示肝脏-dECM中FASN/ACACA/SCD1升高2.0-2.3倍，胰腺-dECM中HMGCS1/HMGCR/SQLE升高2.2-2.5倍；(C) FA-score、Chol-score和偏好指数（PI）证实肝脏-dECM偏向脂肪酸合成（PI正值），胰腺-dECM偏向胆固醇代谢（PI负值）；(D-F) 生化定量显示胰腺-dECM中游离胆固醇和总胆固醇更高，肝脏-dECM中甘油三酯更高；(G-J) 免疫荧光显示肝脏-dECM中FASN/ACC1更强，胰腺-dECM中HMGCS1/HMGCR更强；(K) Nile Red染色显示肝脏-dECM中脂滴积累更多（2.3倍）；(L) Western blot证实蛋白水平变化与转录一致。

图4. 基质刚度放大dECM引导的脂质代谢输出而不改变代谢方向：(A-B) qPCR热图和定量显示刚度增加（5%→10% GelMA）广泛上调脂质代谢基因表达；(C) FA-score和Chol-score均升高，但偏好指数保持dECM定义的方向；(D-F) 生化定量显示刚度增加增强胆固醇和甘油三酯产生；(G-H) 免疫荧光显示刚度增加增强FASN/ACC1/HMGCS1/HMGCR表达；(I) Western blot确认蛋白水平变化；(J) Nile Red显示刚度增加促进脂滴积累；(K-L) 在刚度匹配条件下比较证实肝脏-dECM促进脂肪酸合成输出，胰腺-dECM促进胆固醇输出；(M) YAP抑制剂Verteporfin处理降低刚度增强的代谢标志物表达。

图5. 位点匹配代谢抑制增强GelMA-dECM肿瘤构建体中吉西他滨响应：(A-D) 流式细胞术显示在胰腺-dECM中Gem+辛伐他汀诱导凋亡（19.0%）优于Gem+TVB-3664（6.8%）；在肝脏-dECM中Gem+TVB-3664效果更好（24.0% vs 4.9%）；(E-F) 克隆形成实验显示位点匹配组合抑制克隆形成效果最优；(G-H) 细胞活力分析证实位点匹配组合72 h后活力降至约35-38%；(I-J) IC50分析显示在胰腺-dECM中辛伐他汀将吉西他滨IC50从54.67降至12.71 μM，在肝脏-dECM中TVB-3664将IC50从48.93降至13.45 μM。

图6. 体内位点匹配代谢增敏策略验证：(A-G) 原位胰腺癌模型实验时间线、大体肿瘤图像、H&E/Masson染色、肿瘤重量/体积/面积定量显示Gem+辛伐他汀组疗效最优；(E-F) Ki67/TUNEL/免疫组化显示Gem+辛伐他汀组增殖最低、凋亡最高、HMGCS1表达受抑最显著；(H-L) 肝转移模型显示Gem+TVB-3664组转移结节最少（3.4个）、肝/体重比最低（5.0%）、肿瘤面积最小（16.3%），Ki67最低（12.6%）、TUNEL最高（7.0%）。

图7. 机制总结示意图：原发PDAC和肝转移灶显示不同脂质代谢特征——原发灶呈胆固醇/甲羟戊酸代谢偏向，肝转移呈脂肪酸合成偏向。胰腺-dECM构建体促进胆固醇/甲羟戊酸程序（HMGCR/HMGCS1/SQLE↑），肝脏-dECM促进脂肪酸合成和脂滴积累（FASN/ACC1/SCD1↑）。基质刚度通过YAP核转位放大代谢输出但不改变dECM定义的代谢方向。位点匹配治疗增敏吉西他滨响应：胆固醇通路抑制增敏胰腺位点肿瘤，FASN抑制增敏肝转移肿瘤。

结论

该研究首次建立了以基质为中心的PDAC位点特异性代谢适应模型，揭示了器官脱细胞ECM在三维可控培养条件下主动指导肿瘤细胞脂质代谢重编程的关键作用。其核心发现包括：单细胞和临床组织分析明确了原发胰腺癌和肝转移灶的位点相关脂质代谢分歧——原发灶富集胆固醇/甲羟戊酸标志物（HMGCS1/HMGCR），肝转移灶呈现脂肪酸合成偏向（FASN/ACC1）；胰腺-dECM通过VPAC1非依赖的基质配体信号驱动胆固醇/甲羟戊酸程序，肝脏-dECM则诱导脂肪酸合成和脂滴积累，且这一代谢方向由dECM生化身份决定而非基质刚度——刚度仅通过YAP力学转导放大代谢输出幅度而不改变方向；基于此基质编码的代谢脆弱性，位点匹配的代谢抑制（胰腺位点用辛伐他汀抑制甲羟戊酸通路，肝转移位点用TVB-3664抑制FASN）显著增敏吉西他滨化疗。该GelMA-dECM 3D打印平台为微环境引导的肿瘤代谢建模和位点特异性治疗筛选提供了可规模化的通用工具。

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