[科普中国]-细胞迁移

细胞迁移 (cell migration) 也称为细胞爬行、细胞移动或细胞运动，是指细胞在接收到迁移信号或感受到某些物质的梯度后而产生的移动。细胞迁移为细胞头部伪足的延伸、新的黏附建立、细胞体尾部收缩在时空上的交替过程。细胞迁移是正常细胞的基本功能之一，是机体正常生长发育的生理过程，也是活细胞普遍存在的一种运动形式。胚胎发育、血管生成、伤口愈合、免疫反应、炎症反应、动脉粥样硬化、癌症转移等过程中都涉及细胞迁移。

简要介绍若以移动方式与型态来比较，细胞迁移是通过胞体形变进行的定向移动，这有别于其他﹔如细胞靠鞭毛与纤毛的运动、或是细胞随血流而发生的位置变化，而且就移动速度来看，相比起后两者，细胞迁移要慢得多。举例而言：成纤维细胞的移动速度为1微米/分，若以精子的平均游动速度56.44微米/秒，即3384微米/分来比较，两者约差距3000倍以上。角膜细胞（Keratocyte）即使比成纤维细胞快十倍，但是要完成从不来梅到汉堡这93公里的路程仍需要17123年。而且细胞用力甚轻。成纤维细胞胞体收缩的力只有2×10-7牛顿，而角膜细胞的则是2×10-8牛顿（一牛顿约为人用手举起一鸡蛋所用的力）。

但此细胞迁移“步缓力微”的运动特性，却是细胞觅食、损伤的痊愈、胚胎发生、免疫、感染和癌症转移等等生理现象所涉及到的。因此细胞迁移是目前细胞生物学研究的一个主要课题，科学家们试图通过对细胞迁移的研究，在阻止癌症转移、异体植皮等医学应用方面取得更大成果。也因为细胞迁移独有的运动特性，成为今生物学热门研究方向。

最新研究发现：Nudel蛋白在细胞迁移过程中通过Cdc42GAP调节Cdc42的活性，从而揭示了一条新的调节Cdc42的信号通路，对于深入了解细胞迁移的调节机制有重要意义。

运动特性细胞迁移是通过胞体形变进行的定向移动，这有别于其他如细胞靠鞭毛或纤毛的运动、细胞随血流而发生的位置变化。迁移细胞的最显著特征就是细胞在移动平面上沿前后轴线的极化，尤其是当细胞在二维平面上爬行时，很容易区别其前端和后端。前端形成一个扁平的、无细胞器的扇形突出，称为片状伪足，后端是细胞体的主体并延伸成尾足。

迁移过程细胞迁移的过程大致分为4步，① 细胞前端伸出片状伪足；② 细胞前端伪足和细胞外基质形成新的细胞黏附；③ 细胞体收缩；④细胞尾端和周围基质黏着解离，细胞向前运动。细胞迁移需要胞外、胞内信号分子调控细胞骨架动力装置所给予的驱动力与肌动蛋白细胞骨架介导的黏附所提供的锚定力之间的协调运作。多项研究表明，黏着斑、黏着斑激酶、整合素及Rho家族蛋白等在调控细胞迁移中发挥着重要作用。

开关调节

很多时候，迁移的发生是由于细胞感受到了来自外界的信号，例如白细胞感受到细菌释放的异常蛋白质。随后，细胞就会打开自身内部的开关，启动迁移过程。科学家们已经发现了一种名为Cdc42的酶是其中的一个重要开关。当细胞感受信号后，Cdc42就会被鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）激活，处于“开启”状态。被激活的Cdc42分布在细胞运动前缘的区域，引起细胞骨架的极性分布，从而规定了细胞爬行的方向。然而，激活并不是无限的，活性的Cdc42可被GTP酶激活蛋白（GAP）失活，进入“关闭”状态。GEF和GAP如同两只手，一手打开开关，一手关闭开关。但是，这两只手必须协调工作，才能精确地调控细胞迁移。在过去的研究中，科学家们对“打开开关的手”研究甚多，而对“关闭开关的手”如何作用缺乏了解。朱学良研究员的小组发现一种名为Nudel的蛋白质能控制这只“关闭开关的手”，在必要时能将其与开关隔离，从而保证足够多的开关处于开启的状态。

事实上，Nudel通过与GAP结合，阻挡了GAP对Cdc42的作用。但如果Cdc42过量，也能通过与Nudel竞争结合GAP而失活。在实验中，研究人员发现缺失了Nudel的细胞爬行受到了很大干扰，在600分钟的视频中，正常细胞已经运动了很长距离，而缺失细胞则几乎在原地一动没动。这一研究揭示了一条新的调节细胞迁移开关的信号通路，对于深入了解细胞迁移的调节机制有重要意义。该研究也为认识相关疾病的机理提供了一条新线索。

参考资料[1] 何奕騉，曾宪录. 细胞生物学. 第1版，北京:科学出版社, 2009.

[2] 陈槐卿. 细胞生物力学与临床应用. 第1版, 郑州:郑州大学出版社, 2012.

本词条内容贡献者为:

韩悦 - 博士 - 上海交通大学生命科学与技术学院