上皮間質轉化細胞中的整合素擴散動力學特征被揭示

　　細胞遷移（爬行）是細胞通過黏附于基底或細胞外基質，在某種信號趨勢下產生的自主運動行為。上皮間質轉化（epithelial to mesenchymal transition，EMT）是一種能夠顯著增強細胞遷移能力的生物過程，即上皮細胞通過轉化為間充質特征的細胞，并獲得后者的運動性。上皮間質轉化不僅關系到胚胎發育、傷口愈合等重要生命過程，還影響腫瘤的發展和轉移。上皮間質轉化可促使腫瘤細胞脫離原發性腫瘤位點、遷移到身體的其他部位，即讓腫瘤細胞獲得遷移和侵襲能力，發生惡性演變。研究上皮間質轉化已成為理解腫瘤惡化轉移機制，探索抑癌策略的重要途徑。

　　目前對上皮間質轉化的研究主要集中于細胞內部，以及細胞與細胞之間的生物特征變化，缺乏對于細胞在細胞外基質上黏附性質的相關研究，特別是細胞黏附的動態演變特征及其如何影響上皮間質轉化細胞的遷移能力。細胞與外基質的黏附主要通過整合素蛋白構成，是一種細胞膜上廣泛存在的跨膜蛋白分子，作為橋梁連接了細胞外基質和細胞內骨架，形成了細胞的黏著斑復合物。整合素在細胞膜上的運動決定了細胞黏著斑的動態組裝和解聚，進而影響了細胞的特征和遷移。當前對于整合素在細胞膜上的運動知之甚少，主要由于缺乏有效的整合素單分子熒光標記實驗技術和動力學分析方法。

　　近日，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心軟物質物理實驗室研究員王鵬業與北京師范大學系統科學學院、北京大學口腔醫院合作，通過發展活細胞上整合素蛋白的單分子熒光標記技術，定量研究了上皮間質轉化細胞中整合素擴散的時空動力學特征。研究發現，在上皮間質轉化細胞中的整合素擴散顯著增強，表現為擴散速度增加、整合素在細胞膜上的固定比例減少。在單個細胞內的空間方面，由對稱分布轉變為非對稱的極性分布，細胞前端的整合素擴散更強。進一步研究發現，整合素擴散行為的改變是由于上皮間質轉化使微管在細胞內重構，更多的微管結構分布于細胞邊緣和板狀偽足處，通過提高黏著斑的周轉速度以增強整合素的擴散，并且在前端偽足處的整合素動力學更強、形成空間極性。

　　該工作基于細胞膜上整合素分子擴散的單分子單細胞實驗研究，不僅證實了細胞黏附密切參與了上皮間質轉化過程，還揭示了上皮間質轉化導致的細胞遷移加速機制。時間上，增強的整合素擴散動力學可以促進整合素在細胞膜上的轉運速率，加快細胞前端黏著斑結構的產生和解聚速率，幫助偽足向外延伸；空間上，整合素動力學的空間非對稱分布讓細胞前端與外基底的黏附更強、周轉更快，從而協助細胞整體的定向遷移。

　　在生物醫學應用方面，盡管上皮間質轉化是腫瘤轉移、臨床診斷、藥物治療及耐藥性的關鍵，但由于細胞個體異質性和可塑性問題的存在，借助現有的生化方法從細胞群體中鑒別出發生上皮間質轉換的腫瘤細胞仍是一項挑戰。該工作發現整合素擴散增強的物理特征，有望作為細胞上皮間質轉化的一個新標志，應用于腫瘤惡化的臨床診斷。

　　相關成果以Diffusion Behaviours of Integrins in Single Cells Altered by Epithelial to Mesenchymal Transition為題，發表在Small 上。研究得到國家自然科學基金、科技部重點研發計劃、中科院青促會的支持。

整合素擴散增強特征可用于檢測識別由上皮間質轉化形成的侵襲性腫瘤細胞