Science：癌症的物理特征启示新的治疗策略

癌症通常认为是由于细胞中参与增殖、分化和死亡的基因发生突变而导致的疾病，而近些年来研究发现肿瘤细胞所处的微环境参与到肿瘤的发生、发展、免疫逃逸和治疗反应，给肿瘤的治疗制造了障碍。肿瘤长大过程中，通过物理性和化学性机制破坏周围组织的结构和功能，由此产生的物理环境异常既影响癌细胞及其微环境，又促进肿瘤的发生和对治疗的耐药。但同时，癌症生物学和物理学之间的联系为发现新药和新的治疗策略提供了机会。

2020年10月30日，来自哈佛大学医学院附属麻省总医院和哈佛医学院的Rakesh K. Jain在Science杂志发表文章，提出与肿瘤进展和治疗耐药有关的4项肿瘤的物理特征：1）固体应力升高（压缩和拉伸），2）组织间隙液压升高，3）改变材料性质（肿瘤组织刚度增加），4）改变物理微结构。

固体应力和弹性能量

固体应力（solid stresses），也称为参与应力（residual stresses），是由细胞外基质（ECM）和细胞的固体和弹性元件产生并传递的机械力（例如，压缩、拉伸和剪切产生的力）。肿瘤中固体应力的范围较广，可从胶质母细胞瘤的<100pa到胰腺导管癌的10000Pa不等。肿瘤中产生固体应力的机制大致有以下几种：

1. 由细胞浸润、细胞增殖和基质沉积引起的组织体积增加。增加的体积会推动和替代肿瘤内外现有的粘弹性结构，在肿瘤和周围组织中产生固体应力。而当肿瘤细胞因为抗癌治疗被耗尽时，固体应力降低，血管减压。
2. 正常组织的协同移位。有些肿瘤生长成边界清晰的结节状肿块，肿瘤保持粘性并推动周围组织，产生相当大的机械力。其他肿瘤可能粘附性较差，浸润性更强，通过寻找抵抗力最小或通过细胞毒性和蛋白酶活性创造出空间，交叉闯过正常组织，这种情况产生的固体应力较少。
3. 现有的糖胺聚糖基质成分，如透明质酸因吸水而膨胀。这些组分吸收可用的水分膨胀，产生不同于流体压力的固体压力。
4. 肌动球蛋白介导的细胞收缩。成纤维细胞、免疫细胞和癌细胞在肿瘤中移动或试图修复结构损伤时，都会收缩其基质组分。细胞收缩产生张力，并收缩细胞外基质组分，在肿瘤的某些部位产生张力，这些张力通常需要其他组分的压缩来平衡。