不可思议！科学家捕获到细胞“挤压”自己以穿越障碍的瞬间...

众所周知，人体细胞约有40-60万亿个，它们是构成人体结构和生理功能的基本单位。而细胞运动在从早期发育到器官内稳态和疾病的多种生物学现象中至关重要。但一直以来，科学家们主要通过在体外或二维角度上对这一现象进行研究和表征。

虽然许多细胞本质上是黏糊糊的东西，但它们确实有一些内部结构需要保持形状，包括安全存储我们遗传指令的细胞核，它们就藏在特定的结构中。和所有的细胞器一样，细胞核是由一种叫做细胞骨架的网状结构核纤层固定在一起的。

细胞骨架在细胞运动中也扮演着重要的角色，它决定着诸如我们如何发育，器官如何运作，以及癌症如何入侵身体的重要事情。

但到目前为止，关于细胞动力学的研究大多是在平面二维环境中进行的。这显然与我们身体内的三维世界截然不同。

北京时间10月7日，发表在《Biophysical Journal（生物物理杂志）》上的一项新研究中，来自法国斯特拉斯堡大学的研究团队模拟毛细血管中循环肿瘤细胞的运动，并捕捉到了一些叹为观止的画面，让我们能更近一步清楚在三维环境下细胞如何跨越障碍，如何识别局部的不对称性，从而决定它们进入组织和随后的走向。该研究结果也揭示了癌症的侵袭机制。

在这项研究中，斯特拉斯堡大学的分子生物学家Emilie Le Maout及其同事建立了一个棘轮通道模拟毛细血管，并在其中设置了障碍：有些是开放型的，有些是狭窄的，有些瓶颈设置的比细胞核本身还要小。

正如下面的视频所展示的，他们测试的成纤维细胞，实际上可以像“缩骨术”一样挤压自己以试图通过通道。成纤维细胞是疏松结缔组织的主要细胞成分，结缔组织对于伤口愈合和胶原形成至关重要。

该研究团队还发现，当间隙太小而无法容纳细胞核时，细胞就会停住脚步。然后，一些细胞似乎会锚定自己，并不断地拉伸变形，直到挤压到足以通过为止。

下面这段视频捕捉到了角蛋白在挤压过程中如何聚集在细胞核末端的过程。角蛋白是构成细胞骨架的三种纤维网络之一的组成部分。它在快速构建和拆卸细胞骨架方面发挥着重要作用。

研究人员认为，角蛋白的重排列可能是导致细胞变形的原因。因此，他们用突变的口腔鳞状上皮细胞进行了测试。

突变产生的角蛋白变形与这种组织类型中发现的癌症有关。突变细胞无法突破瓶颈，这表明角蛋白对挤压过程至关重要。当循环肿瘤细胞在体内通过血流传输，可能会被困在毛细血管的瓶颈中。它们可以在同一个地方停留一段时间，这种机械性的限制会导致它们重塑，并通过外渗进入到邻近组织。

研究通讯作者、斯特拉斯堡大学的细胞生物物理学家Daniel Riveline说：“由于在毛细血管中的初始停止对肿瘤细胞转移到远处器官的次要部位至关重要，因此，突变角蛋白的阻断作用可能为肿瘤定植、生存和增殖提供有利条件。未来的研究可以采用这种通道策略来识别在癌症背景下发生改变的信号网络。”

先前的研究表明，细胞核可以扭曲的程度是有限的。如果挤压得太厉害，它就会破裂，从而将DNA释放到细胞质中。

2016年，细胞生物学家Matthieu Piel在接受《Science》杂志采访时表示，核膜破裂对细胞来说是最糟糕的事情。细胞有快速修复这种损伤的机制，但其中一些可能导致细胞死亡或癌症。

该研究团队还发现，当化学梯度存在时，他们测试的细胞会沿着化学梯度的方向移动，否则就会冒险走向不对称的区域。如果没有这些均匀的断裂，当细胞进入新通道时，将继续朝着它们所面对的方向前进。

最近一项研究表明，T细胞的运动与狭窄通道中的局部不对称有关。

总之，这些发现表明，在受限环境中不同类型的细胞运动可以由相似的规则来控制。

了解更多有关细胞运动的规则和限制的信息，可以揭示出当细胞出现错误时修复它们的新方法，这是我们了解癌症的一个微妙但至关重要的步骤。

论文链接：

https://www.cell.com/biophysj/fulltext/S0006-3495（20）30678-0