多光子成像技术追踪卵巢癌细胞腹腔侵袭全过程
2026-06-05 来源:本站 点击次数:50上皮性卵巢癌是致死率最高的妇科恶性肿瘤之一，超过75%的患者确诊时已发生腹膜转移并伴有腹水，但其转移前癌细胞与腹水非恶性细胞的相互作用机制长期未被阐明。本研究通过多维度成像与组学技术，首次证实卵巢癌细胞会与腹水中间皮细胞快速形成聚集性癌-间皮球体，间皮细胞在球体中被重编程为侵袭先导细胞，通过TGF-β1/fascin-1信号轴形成侵袭伪足，为癌细胞开辟转移通路，这一发现解释了卵巢癌腹腔快速扩散的核心机制。
本研究由Kaname Uno、Masato Yoshihara、Yoshihiko Yamakita等学者完成，论文题为《Mesothelial cells promote peritoneal invasion and metastasis of ascites-derived ovarian cancer cells through spheroid formation》，于2026年2月发表在国际权威期刊Science Advances。
重要发现
01腹水微环境细胞组成的重新解析
研究团队首先回顾性分析了1856例卵巢癌患者的多中心临床数据，证实腹水细胞学阳性与患者更差的预后显著相关，I期患者无进展生存期风险比达1.80，II-IV期患者达1.98，且多因素分析显示腹水阳性是独立的不良预后因素。传统观点认为腹水中的卵巢癌细胞多以单细胞形式存在，但本研究通过细胞学染色观察发现，99.5%的卵巢癌细胞以球体形式存在，这一结果颠覆了此前的认知。
此前的单细胞RNA测序研究常将腹水中的间皮细胞误判为成纤维细胞，研究团队重新分析了3个已发表的卵巢癌单细胞数据集，结合临床样本的免疫组化和免疫荧光染色，证实间皮细胞是腹水基质细胞的绝对优势群体，占比超过90%，而成纤维细胞在腹水中几乎不存在。为准确区分卵巢癌细胞与间皮细胞，研究团队筛选出HBME1作为特异性标记物，该标记物在14例高级别浆液性卵巢癌样本中均不表达于癌细胞，仅特异性标记间皮细胞，解决了两种细胞因共享部分标记物难以区分的长期难题。
02多光子显微镜揭示癌-间皮球体的三维结构传统激光共聚焦显微镜观察深度有限，无法完整呈现腹水球体的三维结构和内部细胞组成，这也是此前研究未能准确识别球体异质性的重要原因。本研究采用多光子显微镜技术，其更深的成像深度能够穿透完整的球体结构，实现对球体内部细胞分布的三维高分辨率观测。
研究人员通过Percoll密度梯度离心法从临床腹水样本中分离出完整的卵巢癌球体，结合HBME1免疫荧光染色，对28例高级别浆液性卵巢癌患者的383个球体进行了系统分析，结果显示超过60%的卵巢癌球体中含有间皮细胞，形成了聚集性癌-间皮球体（ACMSs）。进一步研究发现，接受过新辅助化疗的患者，其腹水球体中间皮细胞的占比显著升高，从化疗前的13.8%提升至29.8%，且部分球体中癌细胞被间皮细胞完全包裹，提示间皮细胞可能为癌细胞提供物理屏障和化疗保护。研究团队还构建了Wt1-CreERT2; tdTomato基因编辑小鼠模型，通过谱系示踪技术在体内证实，超过70%的腹水卵巢癌球体中含有间皮细胞，验证了临床样本的发现。
03动态成像追踪ACMSs的侵袭过程为明确ACMSs的侵袭能力和具体过程，研究团队结合时间延迟成像技术，对球体的形成和侵袭过程进行了长达72小时的实时动态观测。体外实验显示，卵巢癌细胞与间皮细胞共培养时，球体形成速度是单纯癌细胞的1.5-6倍，且形成的球体结构更致密、不易破碎，同时癌细胞的失巢凋亡率从8.4%降至3.7%-3.9%，化疗耐药性也显著增强。
在胶原侵袭实验中，单纯卵巢癌细胞形成的球体仅能侵入胶原层不足100μm，而ACMSs中的间皮细胞可率先侵入胶原层超过300μm，随后癌细胞沿间皮细胞开辟的通路跟进。在间皮细胞层清除实验中，时间延迟成像清晰记录了ACMSs侵袭的四个连续阶段：初始阶段两种细胞在球体内随机分布；附着阶段间皮细胞逐渐向球体外围迁移；侵袭阶段间皮细胞突破间皮细胞层形成侵袭前沿；移动阶段癌细胞随间皮细胞向周围扩散。离体大网膜组织实验和小鼠体内实验进一步证实，ACMSs的转移能力显著强于单纯癌细胞球体，间皮细胞始终作为先导细胞侵入脂肪组织，癌细胞紧随其后形成转移灶。
04分子机制解析：TGF-β1/fascin-1轴驱动间皮细胞侵袭研究人员通过流式细胞术分离ACMSs中的卵巢癌细胞和间皮细胞，分别进行 RNA 测序分析，结果显示ACMSs形成过程中，卵巢癌细胞的基因表达变化极小，仅70个基因上调，而间皮细胞的基因表达发生了显著改变，上调基因达455个，是癌细胞的6.5倍。这一结果表明，卵巢癌腹膜转移主要是通过重编程周围正常细胞实现的，而非癌细胞自身发生大规模基因改变。
通路富集分析显示，TGF-β、PI3K-Akt、MAPK等信号通路在间皮细胞中显著激活，其中TGF-β通路的作用最为关键。卵巢癌细胞可分泌大量TGF-β1，刺激间皮细胞发生上皮-间质转化，上调fascin-1、肌球蛋白X等侵袭相关蛋白的表达。fascin-1作为肌动蛋白结合蛋白，能够促进侵袭伪足的形成，TGF-β1刺激后的间皮细胞，每个细胞的侵袭伪足数量从5个增加至30个以上，同时基质金属蛋白酶MMP2、MMP9和MMP14的表达显著升高，增强了细胞对细胞外基质的降解能力。抑制TGF-β1信号或敲低fascin-1、肌球蛋白X的表达，可显著降低间皮细胞的侵袭能力，减少小鼠体内的腹膜转移。临床样本分析进一步证实，转移灶中间质细胞fascin-1的高表达与患者更差的无进展生存期显著相关，而癌细胞中fascin-1的表达与预后无关。
创新与亮点
本研究突破了传统光学成像无法完整观测腹水三维球体结构和动态侵袭过程的技术瓶颈，通过多光子显微镜实现了对完整球体的三维高分辨率成像，结合时间延迟成像技术首次清晰记录了ACMSs侵袭的时序过程，明确了间皮细胞作为侵袭先导细胞的核心作用。研究纠正了此前单细胞测序研究对腹水细胞组成的误判，筛选出HBME1作为区分卵巢癌细胞与间皮细胞的特异性标记物，为后续相关研究提供了重要工具。该研究揭示的TGF-β1/fascin-1信号轴为卵巢癌腹膜转移的治疗提供了全新靶点，目前fascin-1抑制剂已进入卵巢癌相关的II期临床试验，有望为晚期卵巢癌患者带来新的治疗选择。
总结与展望
本研究系统阐明了卵巢癌通过与间皮细胞形成ACMSs实现快速腹膜转移的全新机制，证实间皮细胞被重编程为侵袭先导细胞是卵巢癌腹腔扩散的关键环节。未来可针对ACMSs的形成和fascin-1介导的侵袭过程开发靶向治疗药物，结合先进的光学成像技术实现卵巢癌转移的早期检测和精准干预，有望显著改善晚期卵巢癌患者的预后。
声明：本文仅用作学术目的。
Uno K, Yoshihara M, Yamakita Y, Kitami K, Iyoshi S, Sugiyama M, Koya Y, Kanayama T, Sahara H, Nomura S, Mogi K, Miyamoto E, Fujimoto H, Yoshida K, Tamauchi S, Yokoi A, Yoshikawa N, Niimi K, Shiraki Y, Sjölund J, Oguchi H, Pietras K, Enomoto A, Nawa A, Tomita H, Kajiyama H. Mesothelial cells promote peritoneal invasion and metastasis of ascites-derived ovarian cancer cells through spheroid formation. Sci Adv. 2026 Feb 6;12(6):eadu5944.
DOI:10.1126/sciadv.adu5944. Epub 2026 Feb 6.