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为探究环形背褶（CDRs）在肝癌细胞中的作用机制，南开大学生命科学学院研究人员聚焦 ARAP1 展开研究。结果发现 ARAP1 通过调节线粒体功能影响 CDRs 形成，进而影响癌细胞营养摄取和恶性行为，该研究为肝癌治疗提供新靶点。
在细胞的微观世界里，有一种名为环形背褶（Circular dorsal ruffles，CDRs）的特殊结构，它就像细胞表面的 “小漩涡”。CDRs 是一种在细胞背侧表面形成的大型圆形膜褶皱，可作为大分子胞饮作用（macropinocytosis）的前体，帮助细胞摄取细胞外的营养物质。在肝癌细胞中，CDRs 的出现似乎有着特殊的意义。然而，令人困惑的是，CDRs 仅在 Hep3B 肝癌细胞中形成，而在 Huh7、HepG2 肝癌细胞以及 LO2 细胞中却不见其踪影。这背后隐藏着怎样的分子机制？它与肝癌的发生发展又有着怎样的联系？这些问题吸引着科研人员不断探索。
为了揭开这些谜团，南开大学生命科学学院的研究人员针对 Hep3B 肝癌细胞中 CDRs 的形成机制展开了深入研究，重点聚焦在 GTP 酶激活蛋白 ARAP1（Arf-GAP with Rho-GAP domain, Ankyrin repeat and PH domain 1）上。研究发现，ARAP1 在 Hep3B 细胞的 CDRs 形成过程中起着关键作用，并且通过调节线粒体功能，影响细胞对营养物质的摄取，进而影响癌细胞的恶性行为。这一研究成果为理解肝癌的发病机制提供了新的视角，也为肝癌的治疗提供了潜在的新靶点。该研究成果发表在《Cell Communication and Signaling》期刊上。
在这项研究中，研究人员主要运用了多种关键技术方法。利用基因编辑技术构建了 ARAP1 基因敲除（KO）细胞系；通过共聚焦显微镜和高分辨率扫描电子显微镜，分别对细胞内蛋白定位和 CDRs 的微观结构进行观察分析；运用蛋白质免疫印迹（western blot）技术检测蛋白表达水平；采用 Transwell 迁移和侵袭实验评估细胞的迁移和侵袭能力。
研究结果如下：
- ARAP1 定位于 CDRs 并影响其大小：研究人员构建 ARAP1 基因敲除细胞系，通过共聚焦显微镜观察发现，ARAP1 定位于 Hep3B 细胞中生长因子诱导的 CDRs 上，而 ARF1 则不在此定位。CDR 实验显示，敲除 ARAP1 后，CDRs 的大小显著减小，“大型” CDRs 仅在对照细胞中出现，这表明 ARAP1 参与决定 CDRs 的大小，特别是大型 CDRs 的形成。
- CDRs 结构及 ARAP1 缺失的影响：高分辨率扫描电子显微镜观察显示，CDRs 由小型垂直片状伪足组成，在 ARAP1 敲除细胞中，CDRs 的平均大小明显小于对照细胞，且小型片状伪足的取向被破坏，说明 ARAP1 通过调节单个小褶皱的分布来决定 CDRs 的大小。
- ARAP1 在 Hep3B 细胞线粒体的特异性定位：利用线粒体标记物 TIM23 和 TOM20，通过共聚焦显微镜观察发现，ARAP1 特异性地定位于 Hep3B 细胞的线粒体上，而在对照细胞系中则没有这种特异性定位。同时，研究还发现 Hep3B 细胞中 ARAP1 的表达水平低于对照细胞，且该蛋白在 Hep3B 细胞中存在活跃的降解现象。
- ARAP1 敲除对线粒体分布的影响：通过对 TOM20 的观察和分析发现，与对照细胞相比，ARAP1 敲除细胞中 TOM20 的分布面积增加，线粒体裂变蛋白 FIS1 的表达水平升高，表明 ARAP1 的缺失诱导了线粒体裂变，ARAP1 与线粒体裂变的分子机制相关。
- 线粒体功能与 CDR 形成的相互作用：研究发现，EGF 刺激后，ARAP1 从线粒体转移到 CDRs，同时发现 PP2A 也从线粒体转移到 CDRs，而 RIN1 则作为阴性对照，仅存在于线粒体而不在 CDRs。使用线粒体功能抑制剂 CCCP 处理后，发现其可完全阻断 Hep3B 细胞中 EGF 诱导的 CDRs 形成，但对 MPC5 细胞无此作用，说明线粒体功能与 CDR 形成之间存在相互作用，且 ARAP1 和 PP2A 参与其中。
- ARAP1 对细胞营养摄取和恶性行为的影响：通过 FDx70 实验发现，CDRs 可转化为大分子胞饮体，参与细胞的营养摄取过程。ARAP1 敲除细胞中，营养摄取机制受损，细胞生长速率减慢。Transwell 迁移和侵袭实验表明，ARAP1 敲除后，Hep3B 细胞的迁移和侵袭能力降低，说明 ARAP1 在维持细胞的恶性潜能方面具有重要作用。
研究结论和讨论部分指出，ARAP1 通过调节与 CDR 相关的大分子胞饮作用的营养摄取途径，在 Hep3B 细胞的恶性活动中发挥重要作用。ARAP1 特异性地定位于 Hep3B 细胞的线粒体，其线粒体定位可能通过抑制 ARF1 活性来调节线粒体分布模式，进而影响 CDRs 的形成。此外，ARAP1 在 Hep3B 细胞中的表达水平较低，可能受到严格的调控和过度的降解。这些发现为深入理解肝癌细胞中 CDRs 的形成机制提供了重要线索，也为肝癌及其他相关癌症的治疗提供了潜在的新靶点。未来研究可进一步聚焦于 ARAP1 降解的分子机制、其在线粒体裂变中的具体作用以及在 CDRs 中的功能，有望为癌症治疗带来新的突破。
