【摘要】 为了穿过基质，细胞必须改变其形状并与ECM相互作用，ECM一方面提供细胞附着基质，另一方面代表朝向移动细胞体的屏障

迁移在生物学中经常被用作总括术语，用来描述体内任何定向的细胞运动。迁移的能力允许细胞改变其在组织内或不同器官之间的位置。在病理学中，癌的侵袭被定义为组织屏障的渗透，例如通过基底膜和恶性肿瘤细胞渗透（侵入）到下面的间质组织中。

 

例如，当肿瘤块穿过基底膜进入粘膜下层肌肉层时，肠癌被归类为侵袭性。定义非上皮性癌症的侵袭性更为困难，因为例如间充质细胞没有被基底膜明确分离。在涉及定向细胞运动的体内描述的许多生物学领域中，并没有明确区分迁移和入侵。迁移和入侵在实验细胞生物学中是明显分开的术语。

 

迁移被定义为细胞在基底膜、ECM纤维或塑料板等基质上的定向运动。因此，迁移发生在没有任何阻塞性纤维网络的2D表面上（I型胶原网络的例子如图所示。第1A段）。侵入被定义为细胞通过3D矩阵的运动，伴随着3D环境的重组。

 

为了穿过基质，细胞必须改变其形状并与ECM相互作用，ECM一方面提供细胞附着基质，另一方面代表朝向移动细胞体的屏障（图1B）。入侵需要粘附、细胞外基质成分的蛋白水解和迁移，因此入侵细胞重塑ECM（图1C）。

 

然而，Fackler等人[1]提出乘客白细胞可以通过3D组织迁移，不需要蛋白水解作用和组织重塑。因此，术语“侵袭”仅描述细胞通过3D屏障的重组或破坏性运动，而“3D迁移”在本文中用于描述3D组织或基质中的非破坏性、非蛋白水解运动。

 

尽管难以界定不同的移徙方式，但事实上，移徙能力是入侵的先决条件；细胞在没有迁移的情况下不能入侵，但在没有入侵的情况下可以移动。类似地，迁徙可以被视为在人行道上行走，而入侵则相当于穿过荆棘树篱。

 

图1 武装入侵（A）扫描电子显微镜（SEM）显示了在体外组装的I型胶原纤维的结构。比例尺5mm。（B）间充质细胞（蓝色假彩色）通过成纤维细胞样运动侵入I型胶原（白色纤维）基质的SEM。细胞改变其形状并附着在ECM上，以挤压纤维之间的孔隙。比例尺5 mm。（C）包埋在I型胶原凝胶中的胚胎肠成纤维细胞在ECM纤维运动时附着、重组和重塑ECM纤维，比例尺5 mm。

 

当多细胞球体嵌入3DECM（如胶原蛋白I或BME凝胶）中时，非侵入性癌症细胞系保持为紧密的球体，与周围ECM有明显的边界，即使在培养2周后也没有显示出任何侵袭迹象。

 

侵袭性细胞系或内皮细胞开始侵入周围基质，并显示出球状体的星体生长（图4）。提出侵入后可以进行实时成像，并通过在显微照片中测量侵入面积随时间的变化进行量化。

 

Wolf等人[2]具有侵入结构的凝胶可以固定并进行免疫荧光染色和共聚焦显微镜处理。或者，凝胶可以被酶降解并分离细胞用于流式细胞术分析。第三种可能性是制备蛋白质裂解物并进行蛋白质印迹分析。这种测定的主要优点是细胞通过3D基质的运动非常模拟体内的侵袭。

 

重要的是，入侵发生在具有完善的细胞-细胞相互作用的细胞群中，而不是来自单个细胞，就像人类癌症中的情况一样。多种不同的ECM凝胶（如I型胶原、BME、纤维蛋白）可以以其液体形式商业化获得，并快速化学或物理固化。

 

因此，根据研究问题的不同，可以很容易地获得不同的基质。放置在凝胶中的球体的外部边界可以在标准倒置光学显微镜中容易地检测到。在活体成像实验中，可以对细胞入侵进行动力学测量。

 

图4 体外入侵试验

 

[1] O.T. Fackler, R. Grosse, Cell motility through plasma membrane blebbing, J. Cell Biol. 181 (2008) 879–884.

[2] K. Wolf, Y.I. Wu, Y. Liu, J. Geiger, E. Tam, C. Overall, M.S. Stack, P. Friedl, Multistep pericellular proteolysis controls the transition from individual to collective cancer cell invasion, Nat. Cell Biol. 9 (2007) 893–904.

 

科学指南针在全国建立31个办事处和20个自营实验室，拥有价值超2.5亿元的高端仪器。检测项目达4000+项，覆盖材料测试、环境检测、生物服务、行业解决方案、模拟计算等九大业务。累计服务1800+个高校、科研院所及6000+家企业，获得了60万科研工作者的信赖。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。