近日，來自美國西奈山伊坎醫學院的研究團隊突發奇想：將腫瘤細胞永久地停留在休眠期（即細胞周期停滯于G0/G1期），一直“沉睡”下去！該研究近期發表于Nature Cancer，闡釋了腫瘤微環境中的細胞外基質對腫瘤細胞進入和維持休眠狀態的關鍵作用。
首先，研究者們從休眠腫瘤細胞的“根據地”——膠原細胞外基質(ECM) 的三維結構組織著手。為此，他們將休眠型腫瘤細胞系和增殖型腫瘤細胞系通過尾靜脈注射的方式接種到小鼠體內，不像增殖型腫瘤細胞在小鼠體內迅速形成腫瘤，休眠型腫瘤細胞在小鼠體內通常是以單個細胞或惰性小結節的形式存在。
在多光子二次諧波成像下，研究結果顯示，休眠細胞周圍的膠原纖維具有非線性排列和波狀結構的特征，并在癌細胞再活化過程中能夠轉換到高度的線性狀態。
由于休眠性和增殖性腫瘤的ECM在結構上是不同的，因此研究者們試圖通過對脫細胞化的增殖期腫瘤和處于休眠期的腫瘤進行質譜分析從而確定它們的組成或“基質體”是否不同。結果表明：休眠細胞在體內形成小結節，而增殖期腫瘤在體內形成生長中的腫瘤團塊。這一差異分析顯示，休眠癌細胞的基質體高度富含膠原蛋白且占比55%(其中膠原蛋白I、III、V和VI型的豐度更高)，而在增殖性腫瘤中僅占基質體的36%。
接著，研究者使用人-小鼠異種移植系統進一步確定腫瘤細胞（人類蛋白序列）和基質細胞（小鼠蛋白序列）對基質體生產的相對貢獻。檢測顯示，與增殖細胞相比，III型膠原蛋白在休眠腫瘤細胞中最豐富。
II型膠原蛋白的生物工程支架治療局部殘留的癌細胞（原發腫瘤切除后觀察到的）是否可以防止殘留的休眠癌細胞被喚醒呢？為此，研究使用了表達CDK2生物傳感器的T-HEp3細胞，最后結果顯示，只有20%的含支架III型膠原蛋白治療的小鼠在腫瘤手術后復發，而對照組中80%的腫瘤復發。
由于III型膠原蛋白豐度的增加與COL3A1(癌細胞處于休眠期間運行的基因網絡的一部分）在mRNA水平和蛋白水平上的高表達相關。為了確定COL3A1在維持癌細胞休眠中的作用，研究者們使用siRNA敲除了休眠D-HEp3細胞中的COL3A1并進行了體內生長實驗。有趣的是，在休眠細胞中過表達的其他膠原鏈對腫瘤休眠沒有明顯的影響。而D-HEp3中COL3A1的缺失會導致休眠誘導基因NR2F1的表達顯著降低。這些結果首次揭示了COL3A1在誘導和維持休眠中的作用。也就是說，III型膠原蛋白不但抑制腫瘤增殖、誘導腫瘤細胞進入休眠狀態，同時也是腫瘤細胞維持休眠狀態的關鍵。
最后，研究人員發現了存在于III型膠原蛋白和休眠腫瘤細胞之間的正反饋通路：III型膠原蛋白與腫瘤細胞DDR1受體結合，激活STAT1（DDR1下游潛在的調控休眠的轉錄因子）入核促進COL3A1表達，然后腫瘤細胞分泌III型膠原蛋白，進而將腫瘤細胞維持在休眠狀態。