Maspin/SerpinB5作为细胞骨架结合蛋白调控上皮细胞形态的分子机制研究

本研究揭示了肿瘤抑制蛋白Maspin/SerpinB5通过直接结合微管和微丝动态调控上皮细胞形态的新机制。研究人员运用AP/MS蛋白质组学、CRISPR/Cas9基因编辑和TIRF显微成像等技术，发现Maspin通过抑制微管生长和重组细胞骨架，影响细胞间接触和分裂过程，为理解其在肿瘤转移中的双重作用提供了新视角。该成果发表于《Communications Biology》，对上皮-间质转化(EMT)和癌症治疗靶点开发具有重要意义。

　　

在生命科学领域，细胞骨架的动态调控一直是理解细胞形态变化和肿瘤转移的核心问题。Maspin/SerpinB5作为丝氨酸蛋白酶抑制剂(SERPIN)家族成员，虽被命名为蛋白酶抑制剂却缺乏蛋白酶抑制活性，这种"名不副实"的特性使其成为研究热点。既往研究表明，这种主要在上皮细胞表达的蛋白具有抑制肿瘤转移的多重功能，但其分子机制始终未能阐明。尤其令人困惑的是，Maspin既能抑制细胞迁移又能促进细胞黏附，这种看似矛盾的现象暗示其可能通过未知途径调控细胞骨架。

为揭开这一谜团，Luiz E. da Silva等研究团队在《Communications Biology》发表的研究中，创新性地将多种前沿技术相结合。通过亲和纯化-质谱联用技术(AP/MS)筛选互作蛋白，结合CRISPR/Cas9介导的内源基因标记和TIRF显微成像，研究人员首次证实Maspin直接结合微管和微丝。体外重构实验显示，重组Maspin能以浓度依赖方式抑制微管生长。更引人注目的是，通过建立首个Maspin敲除的上皮细胞系，研究团队观察到细胞骨架重组、纺锤体长度改变等表型，这些发现为解释Maspin在肿瘤转移中的双重作用提供了结构基础。

关键技术方法包括：1)利用GST标签蛋白进行亲和纯化结合质谱分析筛选互作蛋白；2)CRISPR/Cas9基因编辑构建内源Maspin-GFP标记细胞系和敲除细胞系；3)TIRF显微镜观察Maspin与细胞骨架组分的直接相互作用；4)活细胞成像追踪微管动态和细胞分裂过程；5)免疫荧光和Western blot验证蛋白定位和表达。研究对象主要为非转化上皮细胞系MCF-10A和HaCaT。

【AP/MS分析揭示Maspin与细胞骨架的相互作用】

研究团队首先在MCF-10A细胞中进行亲和纯化-质谱分析，发现Maspin与微管蛋白α-tubulin、肌动蛋白γ-actin以及细胞骨架连接蛋白Plectin等存在特异性结合。通过AlphaFold预测，Maspin的活性中心环(RCL)区域可能介导与微管蛋白αβ-异源二聚体的相互作用。体外实验证实，纯化的GFP-Maspin能直接结合F-肌动蛋白和紫杉醇稳定的微管。

【Maspin在细胞中的动态定位】

通过CRISPR/Cas9技术构建的内源Maspin-GFP标记细胞系显示，Maspin定位于皮质细胞骨架、板状伪足和有丝分裂纺锤体等细胞骨架富集结构。免疫染色在野生型细胞中验证了这一发现，而在敲除细胞中相应信号完全消失，证实抗体的特异性。

【Maspin缺失导致细胞骨架重组】

Maspin敲除引起显著的形态学改变：皮质F-肌动蛋白减少、微管排列紊乱。活细胞成像显示敲除细胞有丝分裂时出现异常延长的收缩尾和纺锤体长度缩短。同步化实验进一步证实，Maspin缺失导致细胞圆形度降低和纺锤体结构异常。

【Maspin调控微管动态】

EB1-mCherry标记实验显示，Maspin敲除细胞的微管生长速率显著增加，而重新表达GFP-Maspin可恢复野生型表型。体外动态微管实验证实，Maspin能以浓度依赖方式抑制微管生长，并在纳摩尔浓度下即可结合GMPCPP稳定的微管种子。

这项研究首次系统阐明了Maspin作为细胞骨架结合蛋白的分子机制，解决了该领域长期存在的关键问题。研究证明Maspin通过直接调控微管动态和细胞骨架组织，影响上皮细胞形态和分裂过程。这些发现为理解Maspin在肿瘤转移中的"双刃剑"作用提供了新视角：在正常上皮细胞中维持细胞骨架稳态抑制转移，而在肿瘤微环境中间接促进侵袭。特别值得注意的是，Maspin与多种细胞骨架连接蛋白的相互作用，暗示其可能作为"分子桥梁"整合细胞外信号与细胞骨架重塑。该研究不仅完善了对Maspin分子功能的认识，也为开发靶向细胞骨架的癌症治疗策略提供了新思路。