Plexin/Semaphorin信号拮抗通过调控上皮-间质平衡协调集体细胞迁移和器官塑形

果蝇睾丸肌管细胞迁移是研究集体细胞迁移的理想模型。研究人员发现轴突导向因子Plexin A（PlexA）通过维持细胞间连接的上皮-间质平衡状态，调控集体迁移过程中的细胞铺展和间隙控制。Semaphorin 1b（Sema1b）作为PlexA拮抗剂精细调控这一过程，揭示了Plexin/Semaphorin信号在非神经组织形态发生中的新机制，为血管生成等迁移相关过程提供新见解。

　　

在生命体发育和疾病过程中，细胞如何协调集体迁移与组织形态构建一直是重大科学问题。果蝇睾丸肌管细胞（TNM）的集体迁移为研究这一过程提供了独特模型，这些细胞需要像"铺地砖"一样精确覆盖睾丸表面，任何迁移缺陷都会导致成年睾丸形态异常。然而，维持迁移细胞间动态连接与铺展平衡的分子机制尚不清楚。

德国研究人员在《SCIENCE ADVANCES》发表的研究揭示了轴突导向因子Plexin A（PlexA）及其配体Semaphorin 1b（Sema1b）在协调这一过程中的关键作用。通过肌肉特异性驱动基因dMef2-Gal4介导的RNA干扰（RNAi）和CRISPR/Cas9基因编辑技术，结合四维活体成像和空间统计分析，研究人员发现PlexA信号通过调控细胞间连接的上皮-间质平衡状态，确保集体迁移的顺利进行。

研究首先通过大规模遗传筛选发现，肌肉特异性敲低plexA会导致成年睾丸远端肌肉覆盖缺陷。高分辨率活体成像显示，plexA^RNAi
使TNM细胞间连接从间质样的交错丝状伪足转变为上皮样的线性连接，细胞聚集成簇并增高，基底面积减小。这种架构改变伴随着细胞-基质黏附的重新分布，远离细胞接触区域的整合素黏着斑显著减少。有趣的是，过表达野生型PlexA或组成型激活突变体PlexA^SA
则导致相反表型——细胞间连接松散，出现类似N-钙黏蛋白（N-cadherin）敲低的黏附缺陷。

进一步研究发现，Semaphorin 1b（Sema1b）作为PlexA的拮抗剂发挥关键作用。与plexA^RNAi
不同，sema1b^RNAi
不改变细胞间连接形态，但导致细胞从集体中脱离，在睾丸全长形成间隙。遗传互作实验表明，plexA/sema1b双敲低可部分挽救sema1b^RNAi
表型，支持二者在通路中的拮抗关系。机制上，PlexA通过其胞内段的Ras/Rap GTP酶激活蛋白（GAP）结构域发挥作用，遗传证据表明Ras2和Rap2L可能是其下游效应分子。

这项研究首次在体内证实了Sema1b作为PlexA拮抗剂的功能，揭示了Plexin/Semaphorin信号通过精细调控上皮-间质平衡状态来协调集体细胞迁移的新机制。在医学意义上，该发现为理解血管生成等生理过程以及癌症转移等病理过程中细胞集体迁移的调控提供了新视角。特别是R-Ras同源物Ras2作为PlexA下游效应分子的发现，与血管内皮细胞成熟和屏障功能的调控存在有趣的平行关系，暗示这一机制可能在进化上保守。

研究人员采用的关键技术包括：1）果蝇肌肉特异性基因操控系统（dMef2-Gal4驱动的RNAi和CRISPR/Cas9）；2）四维旋转盘共聚焦活体成像追踪迁移细胞；3）空间统计分析（Ripley's H函数和核密度图谱）定量细胞分布模式；4）Airyscan超分辨显微技术解析细胞连接结构；5）计算机辅助睾丸展开和间隙定量分析。

这些发现不仅拓展了我们对Plexin/Semaphorin信号在非神经系统中功能的认识，也为理解集体细胞迁移中细胞间相互作用的分子基础提供了新框架。未来研究将进一步探索这一机制在其他组织形态发生和疾病过程中的普遍性，以及机械力信号如何与化学信号协同调控上皮-间质平衡状态。