核纤层过剩表面积助力细胞穿越狭窄通道：肿瘤转移与伤口愈合的新解

《SCIENCE ADVANCES》：Excess surface area of the nuclear lamina enables unhindered cell migration through constrictions

在伤口愈合和癌症转移过程中，细胞穿越狭窄空间至关重要。为探究核纤层在此过程中的作用，研究人员利用微装置对迁移细胞的核纤层成像。结果发现核纤层的过剩表面积能让细胞穿越狭窄通道，这一成果为理解相关生理和病理过程提供了新视角。

　　在生命的微观世界里，细胞的迁移如同一场神秘的旅程，其中细胞穿越狭窄空间的过程至关重要。在伤口愈合时，细胞需要通过狭窄的间隙到达受损部位，进行修复工作；而在癌症转移中，癌细胞也必须穿越狭窄的组织间隙，实现向其他部位的扩散。然而，细胞如何完成这一艰难的穿越，一直是科学家们关注的焦点。细胞核作为细胞的 “指挥中心”，在细胞迁移过程中扮演着关键角色。但目前对于核纤层（由 A - 型和 B - 型核纤层蛋白组成）在限制细胞通过狭窄通道迁移中的作用，人们还知之甚少。

为了揭开这一谜团，研究人员开展了相关研究。他们通过改造微装置，对细胞迁移过程中的核纤层进行高分辨率成像，结合计算模型，深入探究核纤层在细胞迁移中的作用机制。

研究中用到的主要关键技术方法包括：一是微装置构建技术，制作基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的微装置，为细胞迁移提供特定的环境；二是成像技术，利用共聚焦荧光显微镜对细胞迁移过程中的核纤层进行成像；三是计算模型，通过算法计算受限细胞核的几何形状，分析核表面面积和体积的关系。

下面来看具体的研究结果：

• 细胞核在迁移过程中的形态变化：利用构建的微装置，研究人员观察到细胞在迁移过程中，细胞核呈现出类似液滴的变形。在通过狭窄通道时，细胞核从较宽区域的不规则圆形转变为狭窄处的光滑沙漏形，核纤层则经历了褶皱和平滑的循环变化。例如，表达绿色荧光蛋白（GFP）标记的 lamin A/C 的 HT - 1080 细胞在迁移过程中，其核纤层在通过狭窄通道时会变平滑，离开通道后又恢复褶皱。
• 细胞核的运动特征：研究人员对细胞核的运动进行量化分析，发现细胞核的运动呈现阶梯式，速度随通道位置变化呈现锯齿状模式，但整体速度几乎恒定。这表明细胞在通过周期性狭窄通道时，虽然会受到通道结构的影响，但能够保持相对稳定的迁移速度。
• 核表面面积和体积的关系：通过对表达 GFP - lamin A/C 的 HT - 1080 细胞和 HEY 卵巢癌细胞进行 3D 成像，研究人员测量了细胞核在迁移过程中的体积和表面面积。结果发现，细胞核在变形过程中，体积和表面面积几乎保持不变（变化在 5% 以内）。计算模型显示，狭窄通道会选择具有足够核纤层表面面积的细胞，实验数据也表明，细胞核的表面面积在狭窄通道中处于或高于计算预测的阈值，这意味着只有具备足够过剩表面面积的细胞核才能顺利通过狭窄通道。
• lamin A/C 对细胞迁移的影响：研究人员对比了野生型（WT）和缺乏 lamin A/C 的突变型 MEF 细胞，以及正常和 lamin A/C 缺失的 HEY 细胞在狭窄通道中的迁移情况。结果发现，缺乏 lamin A/C 的细胞，其核纤层表面不规则，迁移能力增强。这是因为 lamin A/C 赋予核纤层表面张力，缺乏 lamin A/C 时，核纤层可伸展，使细胞能够通过狭窄通道。

研究结论和讨论部分指出，核纤层的过剩表面积在细胞通过狭窄通道的迁移中起着关键作用。核纤层的褶皱和伸展特性使得细胞核能够在不增加表面面积和压缩体积的情况下发生变形，从而通过狭窄通道。而 lamin A/C 虽然在维持核的完整性方面具有重要作用，但在细胞迁移通过狭窄通道时，其产生的表面张力会阻碍细胞迁移。

这项研究发表在《SCIENCE ADVANCES》上，具有重要意义。它揭示了细胞迁移过程中核纤层的作用机制，为理解伤口愈合和癌症转移等生理病理过程提供了新的理论基础。同时，研究结果也为开发针对癌症转移的治疗策略提供了潜在的靶点，有望为癌症治疗带来新的思路和方法。