研究背景:肺癌（lung cancer）是威胁我国人民生命健康的重要疾病,其发病率与死亡率居恶性肿瘤的首位。非小细胞肺癌（nonsmallcell lung cancer,NSCLC）是最常见的肺癌类型,其基因突变位点多且复杂,细胞异质性高。肿瘤的发生发展依赖于其生存的肿瘤微环境（tumormicroenvironment,TME）。肿瘤微环境由成纤维细胞、免疫细胞等多种细胞以及细胞外基质（extracellular matrix,ECM）（或简称为“基质”）等组成。细胞外基质不仅是肿瘤微环境的重要组成部分,也是影响肿瘤组织硬度的关键因素。研究发现肿瘤组织的硬度会随肿瘤恶性程度增加而增加。组织硬度的增加不仅会促进肿瘤细胞生长、存活和迁移,还会诱导血管生成、缺氧,抑制抗肿瘤免疫。目前关于肿瘤细胞如何调控组织硬度以及组织硬度的改变如何影响肿瘤恶性表型的机制尚不完全清楚。鉴于非小细胞肺癌的异质性较高,以非小细胞肺癌为模型研究基质硬度对肿瘤细胞恶性行为的影响及其机制有助于理解组织硬度与肿瘤细胞互作机制。研究方法:为了探究不同硬度基质对A549和H1975两种肺癌细胞的细胞行为的影响,本课题设置了 1kPa（模拟生理硬度）、5kPa、20kPa（模拟病理硬度）和Glass（极硬）四种不同硬度基质,其中1kPa、5kPa和20kPa基质为聚丙烯酰胺水凝胶基质。我们通过统计细胞数量随培养时间的改变分析细胞增殖能力,使用Transwell实验和原位迁移实验检测细胞迁移能力,采用转录组测序和RT-qPCR筛选和验证受硬度调控的差异表达基因,并对其进行亚细胞定位分析和功能富集分析等。研究结果:1)基质硬度调控A549和H1975肺癌细胞增殖。光镜观察和免疫荧光结果表明,随着基质硬度的增加,A549和H1975细胞的铺展面积增加,F-actin应力纤维显著增加。细胞计数结果表明,随着基质硬度增加,A549和H1975细胞的增殖能力随之增加。2)基质硬度调控A549和H1975肺癌细胞迁移。Transwell和原位迁移速度和爬行距离实验都显示,A549和H1975肺癌细胞的迁移和原位爬行能力随基质硬度的增加而增加。此外,我们还发现E-cadherin的胞间连接随硬度增加而减少,N-cadherin的表达量随着硬度增加而上升,说明硬度增加引起上皮细胞间充质转化（epithelialmesenchymal transition,EMT）。3)转录组测序筛选出多个随基质硬度改变而表达改变的分子。我们对三种硬度基质上生长的A549细胞进行了转录组测序分析,通过两两硬度之间的比较,筛选出266个随基质硬度的增加而显著上调的基因和302个随硬度增加而显著下调的基因。差异表达分子的亚细胞定位分析表明,硬基质上调的基因主要分布在胞外和跨膜区,并比软基质激活更多转录因子。4)GSEA和GO富集分析结果表明,硬基质上调的基因会富集于肺癌不良预后相关通路以及细胞外基质的结构和功能相关通路。软基质上调的基因主要富集多种细胞代谢过程、质膜形成以及转移酶功能。TCGA数据库中LUAD的生存期分析结果也表明,硬基质上调的COL1A1,COL5A1以及COL7A1都不利于患者的生存。结论:基质硬度的增加能显著提高A549和H1975肺癌细胞的增殖和迁移能力以及EMT水平。转录组测序筛选出多种受硬度调控的基因,它们的功能分析表明硬基质上调基因与肺癌的不良预后有关。