細(xì)胞趨電性遷移方向調(diào)控及其機(jī)制研究.pdf

1、細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)受到多種因素的精確調(diào)控，并在胚胎發(fā)育、血管新生、創(chuàng)傷修復(fù)、炎癥反應(yīng)以及腫瘤轉(zhuǎn)移等各種生理和病理學(xué)過程中都至關(guān)重要。在這些過程中，細(xì)胞通過感知細(xì)胞外定向信號(hào)，如趨化因子濃度梯度和電場，并朝特定的目標(biāo)定向遷移。因此，細(xì)胞不僅要運(yùn)動(dòng)，更重要的是要根據(jù)細(xì)胞外信號(hào)有效地往正確的方向遷移。趨化遷移的重要性已被廣泛接受，而電場作為生物體內(nèi)廣泛存在的內(nèi)源性物理信號(hào)，一直未能引起人們的重視?，F(xiàn)有研究表明干擾組織內(nèi)的電場將顯著影響胚胎發(fā)育和傷口修

2、復(fù)。
　　電場指導(dǎo)的定向遷移稱為細(xì)胞趨電性遷移（electrotaxis或galvanotaxis）。目前，已有多種細(xì)胞被報(bào)道能夠響應(yīng)細(xì)胞外電信號(hào)并做定向遷移，如角膜上皮細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、干細(xì)胞以及一些腫瘤細(xì)胞等。但是不同的細(xì)胞在電場中遷移的方向并不相同，大多數(shù)細(xì)胞在電場中向負(fù)極遷移;也有少數(shù)細(xì)胞向電場的正極遷移。最近的研究表明，電場可以激活細(xì)胞內(nèi)的多條信號(hào)通路，并可能通過介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)特定蛋白的極化來促進(jìn)細(xì)胞的趨電

3、性遷移，包括表皮生長因子受體(EGFR)、整合素和磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)等。同時(shí)，其他一些重要的分子也被認(rèn)為參與了細(xì)胞趨電性遷移的調(diào)控，如細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK1/2)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、蛋白激酶C、cAMP和cGMP及其依賴的蛋白激酶等。
　　雖然近年來關(guān)于細(xì)胞響應(yīng)電信號(hào)并促進(jìn)定向遷移的機(jī)制已有大量研究，單細(xì)胞在趨電性遷移過程中方向性的調(diào)控機(jī)制并不明確，尚有待深入的研究。我們先前的研究發(fā)現(xiàn)，魚表皮角質(zhì)

4、細(xì)胞的細(xì)胞碎片也具有運(yùn)動(dòng)能力，并且能在電場下朝正極定向遷移，而其母細(xì)胞則在電場中向負(fù)極遷移。因此，本論文的第一章中，我們進(jìn)一步的研究了細(xì)胞及其碎片在電場中反向遷移的分子機(jī)制，闡明了環(huán)化核苷酸（cAMP和cGMP）在這一特殊模型中的差異性調(diào)控機(jī)制。cAMP和cGMP是研究最為廣泛的重要第二信使，通常被認(rèn)為在細(xì)胞內(nèi)相互拮抗共同調(diào)控各類細(xì)胞行為。本研究中，我們發(fā)現(xiàn)增加細(xì)胞內(nèi)cAMP或cGMP濃度可以抑制細(xì)胞碎片向正極的趨電性遷移，但并不影響其

5、母細(xì)胞向負(fù)極的趨電性遷移。這種負(fù)調(diào)控可能是通過激活其下游分子PKA或PKG實(shí)現(xiàn)的。PI3K抑制劑可以阻斷cAMP或cGMP抑制效應(yīng)從而使細(xì)胞碎片恢復(fù)向正極的趨電性遷移，提示PI3K可能間接參與了cAMP和cGMP對(duì)趨電性遷移的調(diào)控作用。綜合以上結(jié)果，說明電場對(duì)細(xì)胞碎片的調(diào)控機(jī)制可能與其母細(xì)胞不完全相同，cAMP/PKA與cGMP/PKG信號(hào)分子在其中發(fā)揮了重要的調(diào)控作用。
　　另一方面，整合素因其在細(xì)胞黏附和遷移中的獨(dú)特作用，被認(rèn)

6、為可能參與細(xì)胞趨電性遷移的調(diào)控。整合素作為一類大分子跨膜蛋白，能夠介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)外的雙向信號(hào)傳導(dǎo)，在細(xì)胞骨架及遷移相關(guān)信號(hào)通路與細(xì)胞外環(huán)境的動(dòng)態(tài)交互中起重要的調(diào)控作用。因此，本學(xué)位論文的第二章主要探討了整合素蛋白在細(xì)胞趨電性遷移方向調(diào)控中的作用。早期的研究分別揭示了整合素α5和β4在成纖維細(xì)胞和角質(zhì)細(xì)胞的趨電性遷移中的調(diào)控作用。本研究中，我們基于CHO細(xì)胞構(gòu)建了一系列表達(dá)不同整合素蛋白的穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞株，并通過高通量的細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了整合素蛋白

7、對(duì)細(xì)胞趨電性遷移方向及速度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示整合素蛋白的特異性表達(dá)對(duì)細(xì)胞的基礎(chǔ)遷移能力具有明確的調(diào)控作用。其中，整合素α2、β1、β3顯著增加了細(xì)胞遷移的速度，而α3，α5，αV、α6β4、αⅡbβ3則顯著性地抑制了細(xì)胞的遷移。更令人驚奇的是，整合素可以差異性調(diào)控細(xì)胞趨電性遷移的方向。其中，整合素α2、α5、αM、β1、αⅡbβ3使細(xì)胞保持向負(fù)極定向遷移;整合素α3、α4、αV、β2、α6β4、α4β7顯著性地抑制了細(xì)胞的趨電性遷移;

8、而整合素α6、α9、β3則使細(xì)胞在電場中向正極定向遷移。與此同時(shí)，整合素β1、α2、α9加快了細(xì)胞在電場中的運(yùn)動(dòng)速度，而整合素αⅡbβ3、α5、αV等則抑制了趨電性遷移的速度。在此基礎(chǔ)上，我們以α9-CHO為研究模型，初步探討了其方向性調(diào)控的分子機(jī)理，發(fā)現(xiàn)整合素α9對(duì)趨電性遷移的方向調(diào)控可能依賴于其胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的功能。
　　綜上所述，本博士學(xué)位論文的兩個(gè)章節(jié)分別在不同的研究模型上，探討了細(xì)胞趨電性遷移中方向調(diào)控的分子機(jī)制。第一部分研