細胞趨電性遷移方向調(diào)控及其機制研究.pdf

1、細胞的運動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、炎癥反應以及腫瘤轉(zhuǎn)移等各種生理和病理學過程中都至關(guān)重要。在這些過程中，細胞通過感知細胞外定向信號，如趨化因子濃度梯度和電場，并朝特定的目標定向遷移。因此，細胞不僅要運動，更重要的是要根據(jù)細胞外信號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，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。
　　電場指導的定向遷移稱為細胞趨電性遷移（electrotaxis或galvanotaxis）。目前，已有多種細胞被報道能夠響應細胞外電信號并做定向遷移，如角膜上皮細胞、角質(zhì)細胞、內(nèi)皮細胞、淋巴細胞、干細胞以及一些腫瘤細胞等。但是不同的細胞在電場中遷移的方向并不相同，大多數(shù)細胞在電場中向負極遷移;也有少數(shù)細胞向電場的正極遷移。最近的研究表明，電場可以激活細胞內(nèi)的多條信號通路，并可能通過介導細胞內(nèi)特定蛋白的極化來促進細胞的趨電

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，其他一些重要的分子也被認為參與了細胞趨電性遷移的調(diào)控，如細胞外信號調(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)于細胞響應電信號并促進定向遷移的機制已有大量研究，單細胞在趨電性遷移過程中方向性的調(diào)控機制并不明確，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、細胞的細胞碎片也具有運動能力，并且能在電場下朝正極定向遷移，而其母細胞則在電場中向負極遷移。因此，本論文的第一章中，我們進一步的研究了細胞及其碎片在電場中反向遷移的分子機制，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)控機制。cAMP和cGMP是研究最為廣泛的重要第二信使，通常被認為在細胞內(nèi)相互拮抗共同調(diào)控各類細胞行為。本研究中，我們發(fā)現(xiàn)增加細胞內(nèi)cAMP或cGMP濃度可以抑制細胞碎片向正極的趨電性遷移，但并不影響其

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

6、為可能參與細胞趨電性遷移的調(diào)控。整合素作為一類大分子跨膜蛋白，能夠介導細胞內(nèi)外的雙向信號傳導，在細胞骨架及遷移相關(guān)信號通路與細胞外環(huán)境的動態(tài)交互中起重要的調(diào)控作用。因此，本學位論文的第二章主要探討了整合素蛋白在細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在成纖維細胞和角質(zhì)細胞的趨電性遷移中的調(diào)控作用。本研究中，我們基于CHO細胞構(gòu)建了一系列表達不同整合素蛋白的穩(wěn)轉(zhuǎn)細胞株，并通過高通量的細胞遷移實驗評價了整合素蛋白

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

8、而整合素α6、α9、β3則使細胞在電場中向正極定向遷移。與此同時，整合素β1、α2、α9加快了細胞在電場中的運動速度，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)控的分子機理，發(fā)現(xiàn)整合素α9對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，本博士學位論文的兩個章節(jié)分別在不同的研究模型上，探討了細胞趨電性遷移中方向調(diào)控的分子機制。第一部分研