细胞骨架的改变对癌细胞生命活动的影响

蓝蓉 冯归砚

摘要：细胞骨架是存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系，由微丝、微管和中间纤维三种成分构成。在细胞形态的稳定性、承受外力的能力、内部结构的有序性等方面，细胞骨架均起着重要的作用，还参与了许多重要的生命活动。癌细胞，由正常细胞变异而来，是产生癌症的根源。癌细胞相对于来源细胞而言，具有无限增殖、可转化和易转移三大特点。细胞骨架蛋白是肿瘤细胞膜的主要成分，近年来，众多的研究者关注到了细胞骨架的改变对癌细胞的影响，本文将对其进行综述，为临床上进一步研究癌症患者的治疗方法选择、靶向药物的选择及其治疗预后的判断提供一定的理论依据。

关键词：细胞骨架  细胞增值 细胞迁移 细胞凋亡

【中图分类号】R73  【文献标识码】A  【文章编号】1673-9026（2021）14--02

前言：在各种物理、化学、病毒等致癌因子的导致下，原癌基因和抑癌基因突变而使得正常的细胞转变为癌细胞，癌细胞仍保留来源细胞的某些特性，同时也表现出无限增殖、可转化和易转移的三大独具特性，并且随着癌症的发展，越到癌症晚期其独具特点也表现的越明显。目前对于癌症的临床治疗主要有外科手术切除、放射治疗、化学治疗三大手段，但是每种治疗方式均存在着一定的弊端。近几年，一种称为“生物导弹”的治疗方式成为了癌症临床治疗的重要方向，它是针对明确了的致癌位点，在细胞分子水平上设计出相应的治疗药物，药物进入到体内会特异性地选择致癌位点相结合从而发生作用，使肿瘤细胞特异性死亡，而不会损害肿瘤周围的正常组织细胞[1]。这种治疗方式称为靶向治疗，对于癌细胞靶区定位的准确程度越高，靶向治疗的效果越好。目前， 肿瘤的靶向治疗手段凭借其特异性与靶向性， 在肿瘤治疗中发挥着越来越重要的作用， 成为了肿瘤治疗的主攻方向。细胞骨架是维持真核细胞基本形态的重要结构，由微管、微丝和中间纤维构成，可承受细胞外界压力以及保持细胞内部结构的有序性。研究发现细胞的发生、发展等生命现象与细胞骨架的稳定性密切相关，这启示我们利用细胞骨架这一重要结构，作为肿瘤靶向药物的突破口，从而抑制肿瘤的发生发展，达到肿瘤治疗的目的。本文将对细胞骨架的改变对癌细胞的增殖、转移和凋亡三大生命活动的影响做一概述，并对以细胞骨架相关的抗肿瘤药物的研究进展做一展望。

一、细胞骨架的改变抑制癌细胞的增殖

细胞增殖是生物体的重要生命特征，也是生长、发育、繁殖以及遗传的基础。癌细胞由正常细胞变异而来，突破最高分裂次数，具有无限增值的能力，并且可以破坏正常的细胞组织。细胞骨架的改变对细胞的增殖会产生一定的影响。β-catenin是Wnt重要的调节蛋白，在静止细胞中可以与E-Cadhrin的胞内部分结合，从而稳定细胞间黏附，若细胞中的Wnt信号被激活，β-catenin可作为转录激活因子，从胞浆进入到胞核[2-3]。有研究[4-5]表明：一些基因和微小 RNA 均可通过调控 Wnt/β-catenin 信号通路来影响银屑病的发生，例如wif-1 基因可以通过阻断 β-catenin 的表达来抑制 HaCaT 细胞的增殖。马海秀[6]等人将人结肠癌SW620细胞经不同浓度的二氢卟吩Ce6Ce6（Ce6）处理后，观察发现经二氢卟吩Ce6光动力（Ce6-PDT）处理组中，随着Ce6浓度的增大，人结肠癌SW620细胞存活率明显降低。并且发现经Ce6-PDTCe6-PDT 处理后的细胞胞体形态会出现明显的萎缩现象，降低了F-actin、β-tubulin、cytokeratin18和vimentin的表达，可能抑制SW620细胞微丝、微管和中间丝蛋白聚合，从而减少相关细胞质骨架的形成，引起以微丝和微管为主的细胞骨架破坏，从而抑制结肠癌SW620细胞的迁移和增殖。王东佳[7]等人通过实验从SD大鼠骨髓中分离并培养出原代BMSCs，通过传代培养获取了P1、P3、P5、P7、P9代BMSCs，用荧光显微镜观察细胞骨架的形态。结果显示，P1、P3、P5代BMSCs细胞荧光染色效果均较强，分布规则清晰，肌动蛋白丝染色明显，细胞骨架形态良好，胞质饱满，未见明显差异;而P7和P9代BMSCs细胞荧光染色效果弱，分布不规则，细胞与细胞之间的连接体明显减少，细胞皱缩，形态纤细。通过CCK-8检测细胞增殖能力，发现P1、P3、P5代间BMSCs的增殖能力无明显改变，而P7、P9代细胞增殖能力显著降低。金燕[8]等人发现经NDV感染后的He La细胞有明显的融合现象，随着感染时间的延长，细胞不再贴壁生长并且大量漂浮死亡。通过CCK-8实验和Hoechst33258染色发现经NDV感染后的细胞活性受抑制，NDV感染后可以使细胞膜受损，释放乳酸脱氢酶，抑制了细胞增殖。进一步实验发现NDV F3对细胞微丝骨架有明显的破坏作用。对照组的正常细胞微丝骨架无聚集且均匀排列，细胞表面结构正常。病毒感染后的He La细胞可引起细胞骨架的重组，利用肌动蛋白聚合抑制剂Cytochalasin D作用后，可见微丝骨架排列紊乱，聚集成团。Guo QS 等人发现CKAP2通过激活ERK2信号通路促进卵巢癌细胞SKOV3增殖及迁移[9]，而沉默CKAP2可通过阻断ERK2的激活来抑制宫颈癌细胞的增殖、侵袭和迁移[10]。众多的实验均表明细胞骨架的改变可抑制细胞的增值，具体为细胞骨架越紊乱，对细胞增殖的抑制作用越明显。

二、细胞骨架的改变抑制癌细胞的迁移

细胞迁移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[11]。癌细胞相对于正常的细胞具有易转移的特点，有资料显示90%的癌症患者死亡都是由于癌细胞转移所导致的。正常细胞由于细胞骨架完整，胞内张力纤维正常，细胞之间黏附紧密，迁移能力得到了明显的抑制。而相比于正常细胞，癌细胞的细胞骨架变得紊乱，胞内张力纤维出现异常，细胞的迁移运动会受到明显的影响[12]。Egbowon等[13]发现小鼠TM4细胞经镉处理后微管和微丝变得不稳定，cofilin和stathmin的水平或磷酸化状态发生明显变化，导致细胞骨架动力学破坏，细胞迁移受到明显影响。（蔡菲菲[14]等人通过黄芩素调节Rho-ROCK-MLC通路，观察细胞骨架蛋白表达，以及乳腺癌细胞的迁移状况。他们发现黄芩素同ROCK的特异性抑制剂Y-27632单用或联合应用均可以导致细胞骨架的重组，從而抑制细胞迁移，同时抑制ROCK1、Rac1和RhoA的蛋白表达水平，并且抑制MLC的磷酸化。这表明黄芩素抑制癌细胞迁移可能与Rho-ROCK-MLC通路相关。肖晨[15]等人在研究miR-320对人脐静脉内皮细胞（HUVEC）内皮间质转化（EndMT）的影响及其调控机制中发现miR-320 mimics使HUVEC细胞骨架微丝变细，应力纤维减少，细胞迁移能力减弱。miR-320 inhibitor使HUVEC微丝增粗，应力纤维增多，细胞迁移能力增强。这一组实验很好的说明了细胞骨架的改变对细胞迁移能力的影响。杨慧明[16]等人发现Wangzaozin A可以激活ERK信号通路，上调MAP4和K8磷酸化水平，增加微管和角蛋白纤维的动态性，干扰细胞微管动力学过程，从而抑制A549细胞迁移。杜世龙[17]等人发现0.8～1.0 μmol/L leukamenin E可通过干扰He La细胞骨架的动态平衡，引起胞质骨架显著重排，抑制细胞迁移，并通过阻滞细胞周期运转降低细胞增殖速率。张昌生[18]等人发现沉默CKAP2可显著上调肝癌细胞HepG2中E-cadherin的表达，下调N-cadherin和Vimentin的表达，提示沉默CKAP2能够有效阻止肝癌细胞EMT发生，并进一步抑制肝癌细胞HepG2的迁移和侵袭。众多的实验均表明细胞骨架的改变可抑制细胞的迁移，具体为细胞骨架越紊乱，对细胞转移的抑制作用越明显。

三、细胞骨架的改变促进癌细胞的凋亡

细胞凋亡是细胞自主的有序的死亡过程[19]，具体过程为接受凋亡信号→凋亡调控分子间的相互作用→蛋白水解酶的活化（Caspase）→进入连续反应过程[20]。在细胞凋亡过程中，细胞骨架积极参与死亡细胞的特征性形态重排。赵风琴[21]等人利用不同浓度的二甲基砷酸作用于辽宁绒山羊皮肤成纤维细胞，发现浓度大于1 mmol·L-1的二甲基砷酸抑制绒山羊皮肤成纤维细胞生长，引起明显的细胞毒性，此时细胞骨架形态发生明显改变，DNA未出现拖尾现象，凋亡率显著上升。其中IC50组细胞骨架形态差异很大，微丝收缩明显，核周红色荧光分散排列明显，抑制微管蛋白聚合，细胞凋亡数目明显增多。王东佳等人进一步利用流式细胞仪检测细胞凋亡情况，结果显示，P1、P3、P5代BMSCs细胞早期凋亡率无明显改变，而P7和P9代BMSCs细胞早期凋亡率明显升高。实验证明了5代以内的BMSCs，随着细胞代数的增加，细胞形态、体外增殖能力及细胞早期凋亡率无显著差异，而5代以后，细胞形态改变明显，体外增殖能力显著降低，早期凋亡率明显增高。众多的实验均表明细胞骨架的改变可促进细胞的凋亡，具体为细胞骨架越紊乱，对细胞凋亡的促进作用越明显。

展望

癌症的治疗一直以来都是医学的难题，备受人们关注。现阶段中，以细胞骨架及其相关蛋白为靶点的抗肿瘤药物的研究已成为热门研究领域[22]。众多研究表明，细胞的衰老、肿瘤的形成与迁移、抗肿瘤药物的作用机制等均与细胞骨架有密切联系[23-26]。细胞在病理情况下通常会出现细胞骨架系统的异常。目前众多的药物利用这一原理，产生以细胞骨架为靶点的抗肿瘤药物，用于癌症的临床治疗中。常用抗肿瘤药物中的紫杉醇类药物近年来备受关注，在药理学上它属于以细胞骨架为靶点的抗肿瘤药物，它可以选择性与微管蛋白的多聚体结合，形成稳定的微管束，从而抑制微管正常动力学重组，并改变微管的稳定性，干扰微管的解聚，影响纺锤体的形成，诱导细胞周期停滞和肿瘤细胞凋亡[27]。目前紫杉醇类药物已经作为卵巢癌和乳腺癌的一线治疗药物，相信以后会有更多的研究者将微管、微丝以及中间纤维视为分子靶点，研究出新的抗肿瘤药物，造福于人类。我们相信细胞骨架系统在肿瘤发生发展中的作用终将被揭示，为肿瘤的治疗提供更多的思路。

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作者简介：姓名：蓝蓉 出生年月：1999-08-29 性别：女 民族：畲族 籍贯：江西于都 学历：本科 单位：西北民族大学医学部  研究方向：口腔医学。