癌细胞，是我们所熟知最狡猾的细胞之一，不仅会利用伪装隐藏起来，躲避免疫细胞的侦查与追击，还有强大的侵袭能力，破坏正常器官组织的运转，导致转移癌的出现，那么，癌细胞究竟是如何侵入不同类型的组织器官的呢？

要知道，细胞形态由其功能所决定，也分布在人体的不同器官中，比如，神经细胞会有长长的分支突起，用于与其他神经元细胞进行交流，而上皮细胞的立方体形状允许它们能够平铺器官表面，这些不同类型的细胞在正常发育和维持健康的生理（伤口愈合等）过程中，会通过形变与移动来执行特定的迁移程序，而在有肿瘤的情况下，癌细胞究竟是如何利用迁移程序来诱发人体的癌转移的？

近日，关于这一问题有了新的研究发现，美国俄勒冈州立大学的研究团队在期刊《Scientific Reports》上发表了题为“Morphodynamics facilitate cancer cells to navigate 3D extracellularmatrix”的文章，该项研究通过在细胞外基质（ECM）中观察乳腺癌细胞的形态动力学，发现癌细胞运动呈现一种随机过程，在穿越两种不同微结构的基质界面时，它们会通过ECM力学以及相应的信号调节表现出丰富的形态动力学，这也是癌细胞能够入侵其他组织的原因之一。

https://doi.org/10.1038/s41598-021-99902-9

在此次研究中，研究团队使用I型胶原细胞外基质和一种常用医学研究的高侵袭性乳腺癌细胞系DMA-MB-23作为研究对象，通过调整胶原蛋白浓度、排列和温度来系统改变 ECM 的物理特性，模拟不同的细胞形态，并使用计算机视觉人工智能来跟踪ECM中癌细胞的迁移程序。

研究者们发现，3D迁移癌细胞展现出了快速波动形状，其细胞形态表现为几何空间的随机游动 。在此基础之上，研究人员开展了中尺度细胞形态动力学研究，并将四种形态学表型纳入研究范围之内，包括肌动蛋白富集前缘（AE）和小气泡（BB）两种变形虫样形态，以及丝状伪足（FP）和片状伪足（LA）两种间充质形态。研究结果显示，乳腺癌细胞会自发地在四种不同的形态表型之间进行转换，比如，它们会通过中间状态从BB细胞模式直接切换到LA模式。

为了了解细胞形态表型转变的潜在机制，研究人员检查了Rho/ROCK 信号对癌细胞的影响。Rho/ROCK信号是决定细胞机械状态的主要调节器，是控制细胞形态发生变化和迁移的关键一环。结果显示，Rho/ROCK信号的扰动并不支持特定的形变与迁移模式，而是改变了迁移模式的转换率。特别是下调Rho信号后，会通过 AE 到 LA 状态的转换来展现整体从变形虫形态到间充质形态的转变。另一方面，Rho 的激活导致强烈波动的形态动力学，丰富了BB细胞，而上调和下调 Rho/ROCK 信号传导结果的不可逆性则展现了控制 3D 癌细胞运动的复杂表型景观。

Rho/ROCK信号在内部控制3D培养的MDA-MB-231细胞的中尺度形态动力学表现

研究人员又从温度、密度与排列等角度入手对ECM的物理特性进行改变，进一步了解癌细胞的形变与迁移，结果表明，ECM微观结构的变化调节了癌细胞形态表型的概率、停留时间和转变率。针对这一发现，该研究通讯作者表示，许多针对细胞特定移动方式的癌症疗法可能无法阻止肿瘤转移，这在很大程度上是因为细胞转向了另一种可用的迁移程序，而此次的发现，将使我们能够更好地预测通过ECM物理特性操纵细胞迁移模式的结果，从而阻断癌细胞的扩散与侵袭。

总而言之，科学家们在此次研究中展示了癌细胞在接近和穿过这些基质界面时逐渐发生的形状和运动程序的改变。研究人员表示，“细胞形态变化的方式是决定其侵袭潜力的关键因素，这在很大程度上尚未得到充分研究。不过，迁移癌细胞的形态动力学正在成为检查细胞内部状态和微环境的有力工具，未来的研究需要将形态动力学解码为丰富且易于理解的细胞肢体语言，并将其作为一种肿瘤环境下影响控制细胞运动的手段，帮助治疗转移癌。”

参考资料：

[1]https://www.nature.com/articles/s41598-021-99902-9#Abs1

[2]https://www.sciencedaily.com/releases/2021/10/211027122001.htm