癌細(xì)胞為了轉(zhuǎn)移，必須先從腫瘤和圍繞其周圍的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）中脫離出來(lái)，要做到這一點(diǎn)，癌細(xì)胞需要將其細(xì)胞拉長(zhǎng)成魚(yú)雷形狀。來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué)，Wistar研究所的研究人員在最新研究中發(fā)現(xiàn)在這些細(xì)胞和ECM之間施加的物理力可以驅(qū)動(dòng)這種形狀變化，這表明靶向ECM韌性的藥物可以用于預(yù)防癌癥轉(zhuǎn)移。

這一研究成果公布在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。

腫瘤周圍的細(xì)胞和組織被統(tǒng)稱為腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME），這種環(huán)境與癌癥的發(fā)生、生長(zhǎng)和擴(kuò)張有密切的關(guān)系。細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)也是其中的一部分，此前的研究表明癌細(xì)胞從原發(fā)性腫瘤中發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，需要形成暫時(shí)的侵襲性偽足來(lái)突破腫瘤周圍的ECM的結(jié)締組織，就像是突破一張堅(jiān)韌的網(wǎng)一樣。

在最新這篇文章中，賓夕法尼亞大學(xué)的Vivek Shenoy教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組詳細(xì)描述了癌細(xì)胞和周圍ECM的反饋機(jī)制，解釋了如何癌細(xì)胞如何突破ECM中的膠原纖維，“我們發(fā)現(xiàn)的就是導(dǎo)致癌細(xì)胞表型發(fā)生變化的機(jī)械因素，這是第一次定量分析癌細(xì)胞從腫瘤侵入時(shí)的形狀，“Shenoy說(shuō)。

研究人員提出假設(shè)，認(rèn)為這種相互作用的關(guān)鍵因素是在ECM的韌性網(wǎng)中找到一個(gè)“最佳突破點(diǎn)”。

“腫瘤中的細(xì)胞具有粘性，如果沒(méi)有ECM上的膠原纖維拉動(dòng)這些細(xì)胞，就無(wú)法打斷它們之間的粘附。但是如果ECM粘性太強(qiáng)，牽扯力太大，基質(zhì)中的孔洞就會(huì)變得太窄，癌細(xì)胞無(wú)法突破出來(lái)，”Shenoy說(shuō)。

研究人員利用計(jì)算機(jī)模擬這些相互作用，再在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行匹配實(shí)驗(yàn)，看看結(jié)果是否有效。“我們利用嵌入膠原基質(zhì)中的黑色素腫瘤作為3D模型，體外模擬癌細(xì)胞離開(kāi)原發(fā)腫瘤 ，侵襲其它組織時(shí)在體內(nèi)發(fā)生的事件。我們的觀察結(jié)果與計(jì)算機(jī)模型完全匹配，也補(bǔ)充了部分內(nèi)容。這項(xiàng)研究從機(jī)械生物學(xué)的角度再次證明了腫瘤微環(huán)境對(duì)協(xié)調(diào)癌細(xì)胞的命運(yùn)，決定預(yù)后，以及治療療效具有關(guān)鍵的影響，”文章的另外一位作者Ashani Weeraratna說(shuō)。

癌癥機(jī)械生物學(xué)也將為癌癥的診斷和潛在治療提供新的信息。未來(lái)也許通過(guò)觀察腫瘤外的變化，就能了解癌細(xì)胞是否會(huì)擴(kuò)散。

2015年范德堡大學(xué)的研究人員在美國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)會(huì)（ASCB）年會(huì)上提出，細(xì)胞外基質(zhì) (ECM)能幫助腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移，“為癌細(xì)胞遷移搭建了一條穿過(guò)細(xì)胞外基質(zhì)的高速公路”。

利用共焦成像技術(shù)，這組研究人員觀察到了CAFs將纖維連接蛋白重新排列成為平行束，而不是一般在ECM中看到的典型密集網(wǎng)格形狀。他們將癌細(xì)胞平鋪在源自CAFs的細(xì)胞外基質(zhì)上，同時(shí)也將癌細(xì)胞平鋪在正常成纖維細(xì)胞來(lái)源的細(xì)胞外基質(zhì)上作為對(duì)照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞能更容易的通過(guò)了CAFs鋪成的軌道。而且研究人員也發(fā)現(xiàn)CAFs與正常成纖維細(xì)胞在GTPase Ras活性上的區(qū)別，而后者參與了細(xì)胞移動(dòng)，也參與了細(xì)胞如何從馬達(dá)蛋白肌球蛋白II中獲得能量的過(guò)程。