综述：核包膜蛋白、机械转导及其在乳腺癌进展中的作用

本文聚焦乳腺癌，深入探讨核包膜（NE）蛋白、机械转导与乳腺癌进展间的关系。研究发现 NE 蛋白表达改变影响细胞核物理性质和细胞机械转导，这为理解乳腺癌转移机制及开发新疗法提供了方向，值得相关领域研究者关注。

　　

核包膜蛋白在乳腺癌中的作用

乳腺癌是女性常见恶性肿瘤，转移是其导致死亡的主要原因。肿瘤细胞转移过程面临诸多物理挑战，需适应复杂机械环境。细胞通过机械转导感知并响应机械刺激，核包膜（NE）蛋白在其中发挥关键作用。

NE 将细胞核与细胞质分隔开，具有重要结构和调节功能 。其包含内核膜（INM）、外核膜（ONM）、核纤层和核孔等结构，以及多种核膜蛋白。核纤层主要由丝状核纤层蛋白（lamin proteins）构成，可抵抗核变形，还参与核孔间距和外周染色质组织的调控。Lamin A 和 Lamin C 是由 LMNA 基因编码的剪接变体，常被合称为 Lamin A/C，它们不仅是核纤层的主要成分，调节核力学和稳定性，还与染色质及众多转录调节因子相互作用。

LINC（Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton）复合体由 ONM 上的 nesprin 蛋白和 INM 上的 SUN 结构域蛋白组成，对细胞骨架和核内部之间的力传递至关重要 。Nesprin 蛋白能与肌动蛋白丝、微管和中间丝相互作用，并通过跨核腔与 SUN 结构域蛋白结合，SUN 结构域蛋白则与 lamins、emerin 和核内部相互作用 。Emerin 是一种核膜蛋白，通过与 Lamin A/C 相互作用定位于 INM，也可在 ONM 发现，它在维持细胞核结构、形状和功能，以及细胞质与核内部之间的物理力和生化信号传递中发挥重要作用 。

乳腺癌中核包膜蛋白表达的改变

乳腺癌细胞的核形态会发生特征性变化，如大小、圆度、凹陷的存在、NE 的平滑度和染色质分布等，这些变化常被临床医生用于诊断和预后评估，因为核异常与患者预后较差相关 。研究表明，乳腺癌组织中许多 NE 蛋白的表达发生显著变化，且与疾病进展有关 。

Nesprin - 1/2 在多种癌症（包括乳腺癌）中的表达存在差异，临床发现 nesprin - 2 表达缺失与肿瘤组织区域相关，且与乳腺癌的侵袭性和内在亚型有关 。SUN1 和 SUN2 在肿瘤组织区域表达降低，但其临床意义尚不清楚 。侵袭性乳腺癌亚型中 emerin 水平降低且细胞核较小，而在小鼠模型中，emerin 过表达会增加核大小、抑制肿瘤生长并减少肺转移 。Lamin A/C 对核结构、基因组稳定性、细胞周期调节和 DNA 损伤反应起重要作用，其表达水平改变会导致核形态异常 。在乳腺癌患者中，Lamin A/C 水平降低通常与更具转移性的癌细胞和更差的预后相关，而较高的表达水平则与早期临床阶段和较好的患者预后相关 。

乳腺癌中核包膜蛋白表达改变的原因

NE 蛋白表达水平的改变通常不是由相应基因拷贝数的变化引起，而是与转录和表观遗传调控的改变有关 。例如，在乳腺癌中频繁改变的 PI3K/AKT 通路的过度激活，可影响 Lamin A/C 的表达和周转 。对于其他 NE 蛋白，其潜在机制仍有待确定 。

目前推测，NE 蛋白表达的改变不仅是癌细胞中致癌和抑癌通路改变的下游结果，也可能是癌细胞为适应转移过程中所经历的物理挑战，或因特定功能选择的结果 。机械微环境可能激活机械响应信号通路，进而改变 NE 蛋白表达，使癌细胞适应并增强其转移潜能；也可能是机械环境选择性地有利于具有预先存在的 NE 蛋白水平升高或降低的癌细胞，促进它们在机械挑战性环境中的生存 。机械刺激可诱导细胞核发生多种变化，影响核形状、染色质组织和各种 NE 蛋白的表达水平 。例如，Lamin A 水平与组织硬度相关，机械应力可导致 SUN 结构域蛋白 SUN2 水平降低，且机械力作用可促进 NE 蛋白（如 emerin 和 Lamin A/C）的磷酸化，影响它们与结合伙伴的相互作用和周转 。

转移过程中核包膜蛋白与机械微环境的相互作用

在肿瘤发生和转移过程中，癌细胞的行为和决策过程（如迁移、增殖和逃避凋亡等关键癌症特征）受其物理微环境的调节 。在转移级联的每个步骤中，癌细胞都会受到一系列物理力的作用，这些力诱导的机械响应部分由细胞核介导，促进癌症进一步发展，并对异质性肿瘤细胞群体施加选择压力，导致具有特定分子和物理特征的癌细胞亚群出现 。

1. 肿瘤发生：原发性肿瘤形成与细胞增殖增加、炎症、生长抑制因子逃避和广泛的细胞外基质（ECM）重塑有关 。癌细胞会受到压缩力和拉伸力等各种力的作用，这些物理刺激可能促进 NE 蛋白表达的变化，或导致具有改变的 NE 蛋白表达的细胞被选择 。例如，肿瘤组织区域常出现 Lamin A/C 以及其他 NE 蛋白（包括 nesprin - 2、SUN1/2 和 emerin）的缺失 。然而，严重的 Lamin A/C 缺失会损害乳腺癌细胞球体在体外的形成，可能是由于生长调节因子 Yap1 转录水平降低 。这表明 Lamin A/C 表达可能对肿瘤起始和形成是必需的，但 Lamin A/C 缺失可能有利于肿瘤进展，这可能是细胞群体通过适应机械或生化信号、生存偏差或两者结合导致的蛋白质表达变化 。有趣的是，Lamin A 过表达会降低乳腺癌细胞在二维底物上的增殖，这表明在肿瘤发生过程中，Lamin 水平改变可能具有相互竞争的效应 。
2. 细胞迁移：侵袭、内渗、外渗：癌症侵袭的关键第一步是获得迁移表型，这可由 ECM 硬度增加介导 。细胞迁移是机械和生化信号复杂相互作用的结果 。在侵袭、内渗和外渗过程中，癌细胞必须穿过非常小的间隙，这会对细胞核施加严重的机械应力，导致核发生大变形，可能引起 NE 瞬时破裂、DNA 损伤和细胞死亡增加 。体外研究表明，受限迁移会导致染色质组织改变，包括三维构型扰动、染色质区室化和表观遗传修饰 。但目前尚不清楚这些变化在体内经内皮迁移或间质侵袭过程中是否也会发生 。

细胞核的可变形性是细胞通过受限空间迁移能力的限速物理因素 ，而细胞核的可变形性由内部染色质和 NE 的组成决定，特别是 Lamin A/C 和 emerin 的水平 。因此，这些 NE 蛋白表达的变化可显著改变癌细胞的侵袭潜能 。例如，较低的 Lamin A/C 水平会使细胞核更具可变形性，增强乳腺癌细胞通过受限空间迁移的能力，但严重降低 Lamin A/C 水平会降低核的机械稳定性，导致在通过紧密空间迁移的细胞中 NE 破裂和细胞死亡增加 。Emerin 水平降低在多种乳腺癌中均有报道，它可增加核可变形性、减小核大小，从而增强乳腺癌和前列腺癌细胞的侵袭潜能，并在多种乳腺癌模型中促进转移 。

除了 Lamin A/C 和 emerin，其他 NE 蛋白也有助于核可变形性和侵袭潜能的改变 。例如，乳腺癌细胞中 nesprin - 1/2 缺失会导致核变形增加和 Lamin A/C 降解，但细胞通过小孔的迁移能力却降低 。这可能是因为 nesprin - 1/2 是 LINC 复合体的重要组成部分，其缺失会损害从细胞骨架到细胞核的力传递，限制细胞对细胞核施加足够的力以使其通过受限空间的能力 。此外，nesprin - 1/2 在机械传感和信号传导中也起重要作用，部分通过 WNT/β - catenin 通路，这也可能导致 nesprin - 1/2 缺失的有害影响 。SUN1 和 SUN2 在乳腺癌细胞中的缺失（这在许多乳腺癌肿瘤中常见）会增加癌细胞沿纤维的迁移，但不影响其在二维底物上的迁移 ，其作用由 MKL1 - SRF 通路介导，该通路是对肌动蛋白聚合变化作出响应的关键机械响应信号通路 。但不同研究对 SUN1/2 水平降低对乳腺癌细胞运动性的影响存在差异，表明其影响具有背景依赖性 。最近对转移性黑色素瘤细胞的研究发现，NE 蛋白 LAP1C 水平增加有助于 NE 起泡，可帮助减轻 NE 上的应力，避免细胞在受限迁移过程中受损 。
3. 循环中的存活：在血液中，循环肿瘤细胞（CTCs）会受到血液流动产生的极端剪切力 。Lamin A/C 缺陷的乳腺癌细胞，其细胞核更脆弱，在模拟生理剪切应力水平的条件下显示出更高的细胞死亡率，这表明足够水平的 Lamin A/C 对于保护和维持 CTCs 中细胞核的结构完整性是必需的 。研究表明，剪切应力可促进 Lamin A/C 蛋白积累，进而调节 YAP 通路 。由于 Lamin A/C 是核刚度的主要决定因素，剪切应力下 Lamin A/C 的积累可能使细胞核在机械上更稳定，使其能够更好地承受循环中的剪切应力 。值得注意的是，流体剪切应力会增加癌细胞（包括 CTCs）的增殖、迁移、侵袭潜能和化疗耐药性，以及具有癌症干细胞样表型的细胞比例 。这表明细胞可能会适应并转变为更具侵袭性的表型以响应流体剪切应力，或者流体剪切应力作为一种选择压力，仅允许最具侵袭性的细胞存活 。如果能确定 CTCs 在流体剪切应力下存活的脆弱性（如对 Lamin A/C 的生存依赖或激活特定通路以促进对剪切应力的适应），就有可能开发靶向疗法来攻击这些脆弱性，阻碍 CTCs 在循环中的存活，防止癌细胞到达继发部位 。

乳腺癌转移中核包膜失调的复杂性和动态性

Lamin A/C 水平降低对乳腺癌进展的影响看似矛盾，既可以增强也可以抑制转移 。这种现象可能不仅与肿瘤样本的位置（如原发性肿瘤核心、侵袭前沿或转移部位）有关，还与 lamins 的多种功能、转移级联每个步骤的不同需求，以及转移癌细胞对 Lamin 水平的潜在动态调节有关 。例如，低 Lamin A/C 水平增加核可变形性，可能有助于侵袭、内渗和外渗，但完全缺失 Lamin A/C 会导致细胞核更脆弱，容易受损 。此外，Lamin A/C 的完全缺失还可能影响其调节的其他细胞功能（如染色质组织、基因调控、增殖等），从而产生有害影响 。因此，具有中等 Lamin 表达量的癌细胞可能最适合在确保 lamins 对转移至关重要的其他功能得以保留的同时，实现足够的核可变形性以在体内扩散 。

癌症进展的不同阶段可能需要不同水平的 Lamin 表达，进而对其他 NE 蛋白也有不同需求 。例如，在原发性肿瘤中，细胞暴露于压缩应力下，或在循环过程中，可能需要较高的 Lamin A/C 水平来维持核完整性；而侵袭、内渗和外渗可能更倾向于较低的 Lamin A/C 水平和相关的更大核可变形性 。在转移部位，可能需要不同的 Lamin A/C 水平来促进转移灶生长和免疫侵袭 。

这就引出了一个问题，即癌细胞是否会根据其环境中的机械信号动态调节 Lamin 表达 。Lamin A/C 水平和磷酸化（调节 Lamin 溶解度和周转）直接响应机械微环境 ，其他 NE 蛋白（如 emerin 和 LINC 复合体成分）也对机械刺激有响应 。这表明癌细胞可能在转移过程中适应特定需求，而不仅仅是基于预先存在的特性被选择特定的能力 。原发性肿瘤内不受控制的细胞增殖及其与肿瘤微环境（TME）的相互作用导致的微环境机械变化（如固体应力增加、ECM 重塑和 TME 硬度增加），可能通过肿瘤细胞和基质细胞中的机械转导通路进一步促进癌症进展和侵袭 。在转移级联的后续步骤中，局部机械微环境和作用于癌细胞的各种机械力可能触发额外的机械响应变化，进一步促进癌症进展 。或者，转移进展可能产生选择压力，有利于 Lamin A/C 水平低到足以促进迁移，但又高到足以承受转移过程中各个步骤相关机械应力的细胞 。虽然目前没有实验数据支持或反驳这一假设，但这种 “机械选择” 可能导致观察到的转移成功率较低 。很可能适应和选择都对癌症转移有贡献，需要进一步研究来阐明具体贡献和潜在通路，以便探索治疗干预措施 。

癌症中的核机械响应通路

乳腺癌进展过程中 NE 蛋白表达的改变可能不仅由转录和表观遗传失调驱动，还可能是对物理 TME 的机械响应结果 。PI3K/AKT、TGF - β、ERK/MAPK、YAP/TAZ 等已知的癌症进展调节通路，也参与了细胞的机械响应 。此外，DNA 损伤反应（DDR）通路越来越被认为是细胞机械响应的一部分，它可以在机械诱导的 DNA 损伤后被激活，或者直接受机械应力调节 。这些通路的激活可以改变 NE 蛋白的表达和细胞核的机械特性，从而进一步促进癌症进展 。

1. PI3K/AKT 通路：PI3K/AKT 通路的激活是肿瘤发生和侵袭性癌症的常见驱动因素，通常由致癌突变引起 。机械调节 PI3K 通路已成为癌症研究的一个有趣焦点 。增加的基质刚度和单轴压缩均可导致癌细胞中 PI3K/AKT 通路激活，促进细胞迁移、增殖和增强存活能力 ，这表明该通路存在机械响应成分 。NE 蛋白（特别是 lamins）与 PI3K/AKT 通路存在双向调节关系 。Lamin A 过表达或缺失会改变癌细胞中与 PI3K 通路相关的多种蛋白，表明 PI3K 通路可能是 Lamin A 的下游靶点 。相反，抑制 PI3K/AKT 通路会提高乳腺癌细胞中 Lamin A 水平，AKT 阳性肿瘤中 Lamin A 表达降低，这表明 PI3K/AKT 通路对 Lamin A 表达具有上游调节作用，与在其他细胞类型中的先前发现一致，强调了 NE 调节与机械响应信号通路之间的联系 。
2. TGF - β 通路：TGF - β 在乳腺癌进展中具有多方面作用，既是参与生长、分化和凋亡的细胞因子，也是一种机械响应信号 。在基质刚度增加的环境中，TGF - β 会上调，并通过 PI3K/AKT 通路诱导上皮 - 间质转化（EMT） 。此外，TGF - β 诱导的 EMT 依赖于机械应力的空间分布，更多的间质细胞表型与增加的细胞骨架张力区域相关 。越来越多的证据表明，TGF - β 刺激的结果可能会影响 NE 蛋白（特别是 Lamin A），反之亦然 。用 TGF - β 处理会增加乳腺癌细胞中 Lamin A 的磷酸化，而 Lamin A 表达升高会降低肉瘤细胞中 TGF - β 的分泌 。SUN2 缺失会导致 AKT 和 MAPK 信号通路升高，但 TGF - β 靶基因的表达下调或不受干扰，这可能是由于 NE 蛋白 MAN1 在 NE 处的保留改变，MAN1 是 TGF - β 信号的负调节因子 。这些发现表明，TGF - β 可能与 NE 蛋白和细胞机械转导过程协同发挥作用，但 NE 蛋白在 TGF - β 介导的机械响应中的确切作用仍有待充分阐明 。虽然 TGF - β 信号会响应机械信号发生变化，但 TGF - β 本身可能不是机械传感器，可能存在其他解释 。例如，PI3K/AKT 可能是主要的机械响应通路，TGF - β 激活可能来自涉及 PI3K/AKT 信号的反馈回路 。或者，基质刚度的机械响应效应可能通过其他与 TGF - β 无关的通路介导，使细胞对 EMT 诱导信号更敏感 。机械激活的 Piezo2 通道可触发钙内流，导致 AKT 激活和关键 EMT 转录因子 SNAIL 的核转位 ，抑制 NF - κB 机械响应通路会抑制多种 EMT 相关转录因子的表达 ，但这些发现并不能排除 TGF - β 本身具有机械响应性的可能性 。
3. ERK/MAPK 通路：ERK/MAPK 通路是涉及细胞增殖、分化、迁移、应激反应和存活的关键信号级联，与 NE 蛋白和机械转导过程有多种联系 。Lamin A 在体内外均可直接与 ERK1/2 相互作用，Lamin A/C 的缺失或突变会通过过度激活 ERK、JNK 和 p38α MAPK 通路成分，扰乱 MAPK 信号级联 。此外，一些 nesprin - 2 亚型可作为 ERK1/2 的支架蛋白，将其锚定在 NE 上 ，nesprin - 1 突变可在体外和体内增加 ERK 通路的激活 。这些发现为 ERK/MAPK 通路与 NE 蛋白之间提供了紧密联系 。ERK/MAPK 通路通常由细胞因子和生化信号激活，但也可被机械刺激迅速激活 。增加的基质刚度可能通过机械响应的 FAK - Rho - ERK 信号网络诱导乳腺癌细胞产生侵袭性表型 。此外，剪切应力可通过 ERK 磷酸化和核转位，以及激活 ERK - YAP 信号级联，诱导乳腺癌细胞增殖，但 ERK 和 YAP 各自的机械敏感贡献尚未阐明 。
4. YAP/TAZ 通路：YAP/TAZ 通路是关键的机械响应信号通路，整合来自底物刚度、肌动蛋白动力学和各种机械刺激的信号 。YAP/TAZ 信号改变与许多疾病（包括乳腺癌）有关 。在乳腺癌细胞中，剪切应力促进 YAP