侵襲性偽足形成-基質(zhì)硬度調(diào)控腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵一環(huán)

張 希, 邢曉俠, 崔杰峰

張希, 邢曉俠, 崔杰峰, 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院肝癌研究所 上海市200032

核心提要： 本文從侵襲性偽足(invadopodia)結(jié)構(gòu)與功能、侵襲性偽足形成及誘導(dǎo)因素、基質(zhì)硬度參與侵襲性偽足形成的調(diào)控機(jī)制等方面進(jìn)行綜述, 探討侵襲性偽足在基質(zhì)硬度調(diào)控腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移病理進(jìn)程中所扮演的重要角色.

0 引言

腫瘤微環(huán)境參與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移調(diào)控逐漸成為腫瘤領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).對(duì)腫瘤微環(huán)境調(diào)控信號(hào)的認(rèn)識(shí)已不再局限于基質(zhì)細(xì)胞、浸潤免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子、外泌體等生化信號(hào), 一些物化信號(hào)包括缺氧、酸堿pH、溫度、基質(zhì)硬度等研究也取得明顯進(jìn)展.其中, 基質(zhì)硬度作為實(shí)體腫瘤顯著物理力學(xué)特征, 調(diào)控腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移機(jī)制報(bào)道近年逐漸增多, 基質(zhì)硬度增加通過影響腫瘤細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[1,2]、遷移模式改變[3,4]、侵襲轉(zhuǎn)移關(guān)聯(lián)基因表達(dá)[5-7]、腫瘤細(xì)胞干性維持[8]、預(yù)轉(zhuǎn)移龕形成[9]等惡性特征改變,促進(jìn)腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移.高遷移、侵襲能力是轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞的標(biāo)志性特征, 而侵襲性偽足(invadopodia)形成則是維持腫瘤細(xì)胞高遷移、侵襲能力的關(guān)鍵, 也是決定腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移進(jìn)程的重要分子事件之一.在侵襲轉(zhuǎn)移早期階段, 從原發(fā)瘤脫落的腫瘤細(xì)胞必須降解胞外基質(zhì), 穿越基底膜、基質(zhì)層、血管壁等物理屏障[10], 才能進(jìn)入血管實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移, 侵襲性偽足在實(shí)現(xiàn)上述基質(zhì)降解及突破的侵襲轉(zhuǎn)移病理進(jìn)程中扮演重要角色.已有研究顯示,生長因子、細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)、細(xì)胞間接觸、缺氧、外泌體等因素可誘導(dǎo)侵襲性偽足形成.而胞外基質(zhì)硬度增加可顯著改變腫瘤細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)[11]、增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞運(yùn)動(dòng)[4]、上調(diào)腫瘤細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)表達(dá)分泌[12], 提示基質(zhì)硬度與腫瘤細(xì)胞侵襲性偽足形成可能存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián).零星報(bào)道也顯示[3,13], 基質(zhì)硬度改變可影響腫瘤細(xì)胞侵襲性偽足形成及活性.但是, 針對(duì)硬度力學(xué)信號(hào)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞偽足膜突起結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制目前依然知之甚少.本文將從侵襲性偽足結(jié)構(gòu)功能、侵襲性偽足形成誘導(dǎo)因素、以及基質(zhì)硬度調(diào)控侵襲性偽足形成機(jī)制等方面進(jìn)行綜述, 以探討侵襲性偽足在基質(zhì)硬度調(diào)控腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮的重要作用.

1 侵襲性偽足結(jié)構(gòu)與功能

依據(jù)形態(tài)、結(jié)構(gòu)及功能特征的不同, 細(xì)胞膜突起結(jié)構(gòu)被分為絲狀偽足、片狀偽足、侵襲性偽足和足體.片狀偽足在細(xì)胞遷移運(yùn)動(dòng)中起主導(dǎo)作用, 絲狀偽足則感受胞外趨化因子, 控制運(yùn)動(dòng)方向, 在腫瘤侵襲起始階段, 絲狀偽足與片狀偽足也發(fā)揮黏附作用[14-16].侵襲性偽足多見于高侵襲性腫瘤細(xì)胞, 為富含絲狀肌動(dòng)蛋白(F-actin)的胞膜突起結(jié)構(gòu)[17], 電鏡下呈細(xì)長突起狀, 長約0.5-2 μm, 直徑約50 nm[18-21].除肌動(dòng)蛋白外, 侵襲性偽足中還聚集許多肌動(dòng)蛋白調(diào)控蛋白, 包括cortactin、神經(jīng)源性Wiskott-Aldrich綜合征蛋白(neural Wiskott-Aldrich syndrome protein, N-WASP)、Arp2/3復(fù)合體、cofilin、Mena、fascin和formin等[18,22-27].此外, 侵襲性偽足可募集分泌多種蛋白酶, 如MT1-MMP(也稱MMP14)、MMP2、MMP9、seprase、cathepsin B、ADAM12和uPAR等[28-35], 促進(jìn)ECM降解, 部分蛋白酶還能激活釋放ECM中貯存的生長因子[10,36-40].侵襲性偽足組分及其調(diào)控因子參與細(xì)胞黏附[28,41]、ECM降解[42]、膜運(yùn)輸[43-45]、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[22,46,47]等病理生理過程.足體(podosome)存在于樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞、破骨細(xì)胞等正常細(xì)胞中, 為富含肌動(dòng)蛋白且具有基質(zhì)重塑功能的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)[48-56].一般將侵襲性偽足、足體和Src誘導(dǎo)的侵襲性偽足樣結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為侵襲體(invadosome)[57].盡管結(jié)構(gòu)形態(tài)相似, 侵襲性偽足與足體之間依然存在差異, 如侵襲性偽足以長突起狀結(jié)構(gòu)為主, 存在時(shí)間長達(dá)數(shù)小時(shí); 而足體結(jié)構(gòu)更為短平, 僅存在數(shù)分鐘時(shí)間[48]; 其次, 兩種膜突起結(jié)構(gòu)中表達(dá)的關(guān)鍵性調(diào)控蛋白不同, 如Nck1和Mena在侵襲性偽足中表達(dá), 在足體中不表達(dá); WASP和Grb2在足體中表達(dá), 在侵襲性偽足中則不表達(dá)[58-60].

2 侵襲性偽足的形成及其誘導(dǎo)因素

2.1 侵襲性偽足的形成 侵襲性偽足形成是腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移進(jìn)程中早期形態(tài)改變.侵襲性偽足形成一般分三個(gè)階段： 侵襲性偽足前體核心形成, 侵襲性偽足前體的穩(wěn)定和侵襲性偽足成熟[61].侵襲性偽足前體核心由N-WASP、Arp2/3復(fù)合體和cofilin募集至actin-cortactin復(fù)合體周圍而形成, 前體核心在數(shù)秒內(nèi)即可形成, 但并不穩(wěn)定, 前體核心形成約20 s后, Tks5結(jié)合于前體核心上[62].Tks5介導(dǎo)前體復(fù)合物與位于細(xì)胞膜上的PI(3, 4)P2結(jié)合, 穩(wěn)定前體結(jié)構(gòu)[62-64].而lamellipodin蛋白使Mena-Arg-SHIP2復(fù)合體募集至前體[63,64].SHIP2促進(jìn)PI(3, 4)P2生成, 利于前體固定于細(xì)胞膜上, 增強(qiáng)前體穩(wěn)定性, cofilin和Arp2/3復(fù)合體分別介導(dǎo)兩條不同的肌動(dòng)蛋白聚合通路, 兩條通路協(xié)同作用, 大大增強(qiáng)肌動(dòng)蛋白進(jìn)一步的聚合[65].最終, 肌動(dòng)蛋白聚合使侵襲性偽足延長并形成突起, 募集MMPs并降解ECM, 完成侵襲性偽足成熟[61,62,66].侵襲性偽足形成三階段模型來源于人、大鼠和小鼠腺癌細(xì)胞研究, 該模型是否適用于其它腫瘤細(xì)胞類型目前仍不清楚[67].

2.2 誘導(dǎo)侵襲性偽足形成的因素及其分子機(jī)制 以往認(rèn)為, 侵襲性偽足形成在一定程度上受腫瘤驅(qū)動(dòng)基因突變(driver mutations)的調(diào)控.如： Src和Ras基因異常激活可使正常細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化并誘導(dǎo)侵襲性偽足前體形成[68,69].而近來證據(jù)表明, 腫瘤驅(qū)動(dòng)基因突變并不足以決定體內(nèi)腫瘤表型或腫瘤細(xì)胞行為, 來自腫瘤微環(huán)境刺激信號(hào)同樣可決定腫瘤表型改變[70].目前, 腫瘤微環(huán)境信號(hào)生長因子、ECM、細(xì)胞間接觸、腫瘤缺氧、外泌體均已顯示可誘導(dǎo)、促進(jìn)侵襲性偽足形成.

2.2.1 生長因子： 多種生長因子如轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)[71]、表皮生長因子(epidermal growth factor, EGF)[46]、肝素結(jié)合-表皮生長因子(heparin-binding EGF-like growth factor, HB-EGF)[35]、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)[72]、血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor, PDGF)[73]、肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor, HGF)[74]和基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1α(stromal-derived factor1-α, SDF1α)[75]等被發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲性偽足形成和(或)活性.雖然不同生長因子誘導(dǎo)侵襲性偽足形成的機(jī)制各異, 但生長因子通路常匯聚至胞內(nèi)共同的信號(hào)樞紐, 如Src激酶、磷酸肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinases, PI3Ks)等, 來調(diào)控肌動(dòng)蛋白聚合及侵襲性偽足形成, 從而左右腫瘤細(xì)胞侵襲與轉(zhuǎn)移[66,76].Ke等[71]研究顯示, TGF-β1誘導(dǎo)肝細(xì)胞癌HepG2細(xì)胞侵襲性偽足形成及活性增強(qiáng), TGF-β1降低膜相關(guān)鳥苷酸激酶家族成員Dlg5(discs large homolog 5)表達(dá),Dlg5能抑制Girdin與Tks5結(jié)合, 進(jìn)而降低侵襲性偽足形成及活性, 進(jìn)一步機(jī)制探討發(fā)現(xiàn), Dlg5下調(diào)可經(jīng)Girdin依賴性FAK/Src活性介導(dǎo)增強(qiáng)Tks5磷酸化, 說明TGF-β1通過Dlg5/Girdin/Tks5通路調(diào)節(jié)增強(qiáng)侵襲性偽足形成及活性.Mader等[46]發(fā)現(xiàn), EGF與EGFR結(jié)合可激活乳腺癌細(xì)胞非受體酪氨酸激酶Arg使cortactin磷酸化, 引發(fā)侵襲性偽足肌動(dòng)蛋白聚合和成熟, 侵襲性偽足中Src和Arg共存, 敲除Src后, 過表達(dá)Arg可部分恢復(fù)EGF誘導(dǎo)的侵襲性偽足肌動(dòng)蛋白聚合, 而敲除Arg后, 過表達(dá)Src并無補(bǔ)償作用, 說明Arg為Src激活的下游分子, EGFR-Src-Argcortactin通路可參與調(diào)控乳腺癌細(xì)胞侵襲性偽足形成及活性.Malek等[77]研究乳腺癌發(fā)現(xiàn), 生長因子EGF激活Ⅰ類PI3K(Class Ⅰ PI3K), Ⅰ類PI3K催化底物PI(4, 5)P2生成PI(3, 4, 5)P3, 后者在5-磷酸酶作用下發(fā)生去磷酸化從而產(chǎn)生PI(3, 4)P2, PI(3, 4)P2激活其下游效應(yīng)因子Tks5, 從而促進(jìn)Tks5依賴性侵襲性偽足形成.

2.2.2 ECM： ECM不僅是結(jié)構(gòu)性基質(zhì), 其組分、硬度、排列及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等信息也可經(jīng)細(xì)胞-ECM接觸表面?zhèn)鬟f至細(xì)胞中.ECM通過特異性細(xì)胞表面黏附受體可調(diào)控侵襲性偽足形成及活性[78].侵襲性偽足成熟需要整合素介導(dǎo)的ECM黏附.多種特異性整合素受體如α2β1、α3β1、α5β1和α6β1等, 存在于侵襲性偽足中[61,79-81].ECM中的基質(zhì)蛋白如纖維連接蛋白(fibronectin), Ⅰ型膠原蛋白(type Ⅰ collagen)和層黏連蛋白(laminin)等能激活侵襲性偽足整合素受體[61,66,81,82].Fibronectin與整合素α5β1結(jié)合與腫瘤侵襲性增強(qiáng)和患者預(yù)后不良相關(guān)[61,82-84].Laminin的分泌可抑制侵襲性偽足形成, 而抑制laminin受體α3β1則能促進(jìn)侵襲性偽足形成[66].整合素β1對(duì)促進(jìn)侵襲性偽足成熟起重要作用.整合素β1激活A(yù)rg激酶, 使cortactin 421和466位點(diǎn)酪氨酸磷酸化, 從而誘導(dǎo)侵襲性偽足成熟[65,82,85,86].整合素β1將talin和moesin募集至侵襲性偽足核心, 使Na+-H+反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白NHE1貼附于侵襲性偽足[83].NHE1使侵襲性偽足核心處PH值升高, 激活cofilin依賴的肌動(dòng)蛋白聚合[83,87]; 同時(shí)降低細(xì)胞外PH值,使可溶性MMP2和MMP9及不溶性MT1-MMP蛋白酶向侵襲性偽足運(yùn)輸[88].另外, ECM交聯(lián)程度變化通過整合素β1-ECM結(jié)合位點(diǎn)介導(dǎo), 非線性調(diào)控侵襲性偽足活性[89].侵襲性偽足相關(guān)MMPs降解ECM過程可釋放許多生物活性蛋白片段, 如laminin-111衍生肽AG73和C16, 可增強(qiáng)整合素β1依賴性侵襲性偽足形成[90].CD44可介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞黏附于透明質(zhì)酸、Ⅰ型及Ⅳ型膠原蛋白、laminin和fibronectin[91,92].CD44在fibronectin作用下可增強(qiáng)整合素α5β1活性, 促進(jìn)侵襲性偽足成熟[82].在淋巴瘤細(xì)胞中,CD44參與募集MMP9至細(xì)胞腹側(cè)面過程[93].

2.2.3 細(xì)胞間接觸： 從原發(fā)灶向外播散過程中, 腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞間存在持續(xù)較久的直接接觸.單個(gè)腫瘤細(xì)胞、促血管生成巨噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞之間直接接觸形成的細(xì)胞復(fù)合體稱為TMEM(tumor microenvironment of metastasis)[94-96].TMEM通過巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞侵襲性偽足來破壞內(nèi)皮細(xì)胞間黏附,從而增強(qiáng)血管通透性和跨內(nèi)皮遷移, 促使腫瘤細(xì)胞侵入血管[60,97-99].乳腺癌組織標(biāo)本中TMEM數(shù)目是轉(zhuǎn)移性復(fù)發(fā)獨(dú)立預(yù)后指標(biāo)[94,98,99].TMEM中巨噬細(xì)胞-腫瘤細(xì)胞接觸誘導(dǎo)Notch1信號(hào)通路, 促使RhoA和Mena依賴性侵襲性偽足形成[59,97].

2.2.4 腫瘤缺氧： 腫瘤快速生長與血液供應(yīng)不足導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境缺氧.在多種類型腫瘤細(xì)胞中, 缺氧誘導(dǎo)的侵襲性偽足形成受轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia inducible factor 1α, HIF-1α)調(diào)控[100].Diaz等[35]對(duì)頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、肺癌和胰腺癌細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn), 在缺氧條件下HIF-1α可激活Notch信號(hào)通路上調(diào)金屬蛋白酶ADAM12表達(dá)及活性, 促進(jìn)EGFR配體HB-EGF胞外結(jié)構(gòu)域脫落, HB-EGF的釋放誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞侵襲性偽足形成.此外, 缺氧促進(jìn)NADPH氧化酶系統(tǒng)產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species, ROS), 誘導(dǎo)侵襲性偽足形成[85].

2.2.5 外泌體： 外泌體促進(jìn)非生長因子依賴性侵襲性偽足形成, 延長其存在時(shí)間, 誘導(dǎo)侵襲性偽足MT1-MMP胞外分泌, 不同于EGF對(duì)侵襲性偽足的快速誘導(dǎo), 外源性外泌體誘導(dǎo)侵襲性偽足形成長達(dá)一小時(shí), 提示兩種誘導(dǎo)因素引發(fā)侵襲性偽足形成過程可能不同[29].Mallawaaratchy等[101]對(duì)六種膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系分泌的囊泡(extracellular vesicles, EVs, 主要為外泌體)進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析, 共鑒定公共蛋白145個(gè), 通過侵襲性偽足實(shí)驗(yàn)及高、低侵襲性腫瘤細(xì)胞表達(dá)比對(duì)分析, 發(fā)現(xiàn)14種EV差異候選蛋白與侵襲性偽足形成呈顯著正相關(guān), 其中某些蛋白如整合素β1、肌動(dòng)蛋白相關(guān)蛋白3等, 可能參與調(diào)控肌動(dòng)蛋白聚合及侵襲性偽足形成.外泌體也可促進(jìn)足體形成[102], 對(duì)外泌體調(diào)控侵襲性偽足形成研究有一定的借鑒作用.

3 基質(zhì)硬度參與侵襲性偽足形成的調(diào)控機(jī)制

除前述基質(zhì)蛋白自身生化信號(hào)誘導(dǎo)侵襲性偽足形成及活性外, 由基質(zhì)蛋白沉積交聯(lián)形成的基質(zhì)硬度力學(xué)信號(hào)也參與侵襲性偽足形成及活性調(diào)控.由于理想基質(zhì)硬度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)缺乏及偽足檢測手段局限, 目前對(duì)于硬度力學(xué)信號(hào)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞侵襲性偽足形成的相關(guān)調(diào)控機(jī)制依然知之甚少.

報(bào)道顯示, 基質(zhì)硬度增加可誘導(dǎo)多種腫瘤細(xì)胞侵襲性偽足數(shù)目增多、活性增強(qiáng).Parekh等[13]發(fā)現(xiàn)基質(zhì)硬度在一個(gè)寬硬度彈性范圍內(nèi)可調(diào)控乳腺癌細(xì)胞侵襲性偽足數(shù)量及活性, 硬度彈性系數(shù)為30 kPa時(shí), 乳腺癌細(xì)胞侵襲性偽足相關(guān)ECM降解及侵襲性偽足數(shù)目均達(dá)峰值, 該硬度彈性系數(shù)位于腫瘤基質(zhì)硬度范圍內(nèi); 當(dāng)硬度彈性系數(shù)達(dá)到2 GPa時(shí), 侵襲性偽足數(shù)目再次達(dá)到峰值, 出現(xiàn)基因表達(dá)改變, 說明細(xì)胞可識(shí)別基質(zhì)硬度上限高達(dá)GPa級(jí).Alexander等[3]在乳腺癌研究中發(fā)現(xiàn), 抑制非肌性肌球蛋白Ⅱ、肌球蛋白輕鏈激酶和Rho相關(guān)激酶(rho-associated kinase, ROCK)活性均可降低侵襲性偽足相關(guān)ECM降解, 表明基質(zhì)硬度信號(hào)傳導(dǎo)依賴于細(xì)胞收縮裝置, 盡管非肌性肌球蛋白ⅡA、ⅡB及磷酸化肌球蛋白輕鏈均不定位于侵襲性偽足中, 但力學(xué)傳感蛋白p130Cas(Cas)和黏著斑激酶(focal adhesion kinase, FAK)活性磷酸化形式卻均存在于活躍降解ECM的侵襲性偽足中, 且其磷酸化水平受肌球蛋白抑制劑影響, Cas或FAK過表達(dá)可增強(qiáng)高硬度基底表面生長的腫瘤細(xì)胞侵襲性偽足活性, 說明基質(zhì)硬度增加可通過活化非肌性肌球蛋白Ⅱ-FAK/Cas通路促使乳腺癌細(xì)胞侵襲性偽足數(shù)目增多、活性增強(qiáng).Jerrell等[103]對(duì)頭頸部鱗狀細(xì)胞癌和乳腺癌研究發(fā)現(xiàn), 基質(zhì)硬度增加可激活Rho/ROCK信號(hào)通路從而增強(qiáng)侵襲性偽足活性, 但ROCK1和ROCK2在基質(zhì)硬度調(diào)控侵襲性偽足活性的過程中發(fā)揮不同作用,ROCK1通過激活非肌性肌球蛋白Ⅱ調(diào)控肌動(dòng)球蛋白收縮, 而ROCK2通過激活LIM激酶(LIM kinase, LIMK)直接調(diào)控cofilin磷酸化, 二者以收縮性和非收縮性機(jī)制調(diào)控侵襲性偽足活性.Sedgwick等[11]在黑色素瘤、結(jié)腸癌和前列腺癌研究中發(fā)現(xiàn), 不同基質(zhì)硬度表面生長的腫瘤細(xì)胞可顯示兩種不同的侵襲模式, 在硬基質(zhì)表面, 腫瘤細(xì)胞形成侵襲性偽足, 以間質(zhì)細(xì)胞樣表型發(fā)生侵襲,Rac1激活及其下游信號(hào)促進(jìn)侵襲性偽足形成; 但在軟基質(zhì)表面, 腫瘤細(xì)胞釋放微囊泡而不形成侵襲性偽足, 以阿米巴樣表型發(fā)生侵襲, 抑制Rac1可激活RhoA/ROCK信號(hào)通路, 從而促進(jìn)微囊泡形成分泌并抑制侵襲性偽足形成, 該研究說明, 基質(zhì)硬度增加可激活Rac1, 通過抑制RhoA/ROCK信號(hào)通路促進(jìn)侵襲性偽足形成.Zhao等[12]報(bào)道, 在涎腺腺樣囊性癌中, 基質(zhì)硬度增加導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞侵襲性偽足數(shù)量增多, MMP2、MMP9和MMP14表達(dá)增多, MMP組織抑制劑TIMP1、TIMP2和TIMP4表達(dá)減少, 與Sedgwick[11]報(bào)道的調(diào)控機(jī)制不同, 本研究發(fā)現(xiàn)基質(zhì)硬度增加可上調(diào)RhoA、Rac1、ROCK1和ROCK2表達(dá), 提示基質(zhì)硬度增加可能激活RhoA/ROCK信號(hào)通路促進(jìn)侵襲性偽足形成及MMPs活性, 而影響腫瘤細(xì)胞侵襲遷移能力.Chakraborty等[104]發(fā)現(xiàn), 與正常肝細(xì)胞相比,肝癌細(xì)胞可過表達(dá)和分泌蛋白多糖Agrin, 促進(jìn)Arp2/3復(fù)合物依賴性侵襲性偽足形成.進(jìn)一步研究顯示[105], 基質(zhì)硬度增加促進(jìn)Agrin表達(dá), Agrin經(jīng)整合素-Lrp4/MuSK受體通路激活轉(zhuǎn)錄因子YAP, 從而增強(qiáng)肝癌惡性表型.由此推測基質(zhì)硬度可能通過影響Agrin-YAP途徑調(diào)控肝癌細(xì)胞侵襲性偽足形成.

盡管多數(shù)報(bào)道認(rèn)為基質(zhì)硬度增加促進(jìn)侵襲性偽足數(shù)量增多、活性增強(qiáng), 但也有研究提出不同觀點(diǎn).Gu等[106]對(duì)人成纖維細(xì)胞、臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞和纖維肉瘤細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn), 排除細(xì)胞因子、趨化因子和ECM蛋白類型等的影響, 柔軟ECM(低硬度)可抑制細(xì)胞間穩(wěn)定黏附連接形成、促進(jìn)MMP分泌及ECM降解、以及誘導(dǎo)侵襲體樣突起(invadosome-like protrusion, ILP)形成, 在兩維和三維定向侵襲實(shí)驗(yàn)中, 柔軟基質(zhì)均更易促進(jìn)ILP形成, 成纖維細(xì)胞僅在很窄基質(zhì)硬度范圍內(nèi)(0.1-0.4 kPa)自發(fā)形成ILP, 該過程受Src家族激酶調(diào)控; 而乳腺癌細(xì)胞和纖維肉瘤細(xì)胞可在很寬的基質(zhì)硬度范圍內(nèi)自發(fā)形成ILP, 但同樣發(fā)現(xiàn)低硬度基質(zhì)更易促進(jìn)ILP形成的現(xiàn)象,說明柔軟ECM促進(jìn)細(xì)胞侵襲.腫瘤細(xì)胞異質(zhì)性、硬度體外培養(yǎng)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化、以及模擬實(shí)體瘤硬度區(qū)間范圍的不統(tǒng)一可能部分地解釋上述研究結(jié)果間的差異.

此外, 基質(zhì)硬度與細(xì)胞收縮性在調(diào)控侵襲性偽足形成過程中關(guān)系密切.細(xì)胞通過肌動(dòng)球蛋白收縮產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)張力識(shí)別ECM力學(xué)特性, 這些收縮力傳遞至基質(zhì)表面形成牽引應(yīng)力, 介導(dǎo)細(xì)胞與ECM間力學(xué)相互作用[107].Jerrell等[108]利用不同硬度基底培養(yǎng)頭頸部鱗狀細(xì)胞癌并檢測細(xì)胞侵襲和收縮特性, 發(fā)現(xiàn)ECM降解和細(xì)胞牽引應(yīng)力均與基質(zhì)硬度呈線性正相關(guān), 且牽引應(yīng)力可預(yù)測ECM降解情況, 說明細(xì)胞力學(xué)在基質(zhì)硬度參與侵襲性偽足形成及活性的調(diào)控作用中發(fā)揮重要作用.

4 結(jié)論

從基質(zhì)硬度角度解析侵襲性偽足形成及活性的相關(guān)研究尚處起步階段, 許多問題目前依然無法解決, 如硬度及其它誘導(dǎo)因素在調(diào)控侵襲性偽足形成與活性時(shí)是否存在協(xié)同作用? 不同誘導(dǎo)因素在侵襲性偽足形成中所占權(quán)重及各自調(diào)控靶點(diǎn)及途徑？動(dòng)物體內(nèi)不同組織硬度模擬困難及侵襲性偽足示蹤檢測手段有限, 體外類組織硬度模型缺乏等.未來隨著高分辨率活體內(nèi)顯微成像、高分辨率熒光原位雜交、體內(nèi)硬度相關(guān)腫瘤模型和體外硬度實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)等的發(fā)展和完善, 相信基質(zhì)硬度調(diào)控侵襲性偽足形成機(jī)制的研究將會(huì)獲得更多進(jìn)展,從而為腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移新型診療手段的出現(xiàn)提供重要幫助.