细胞质Anillin与Ect2通过RhoA/肌球蛋白II依赖性机制促进受限迁移与癌症侵袭

本研究揭示了细胞骨架支架蛋白Anillin及其辅因子Ect2在癌细胞受限迁移中的关键作用。研究人员通过微流控模型和活体成像技术，发现机械限制会触发Anillin在细胞极点的膜定位，并通过Ect2的鸟苷酸交换活性激活RhoA/ROCK/肌球蛋白II通路，从而增强基于膜泡的迁移和肿瘤外渗。该发现为理解癌症转移的力学适应机制提供了新视角，相关成果发表于《Nature Materials》。

　　

在癌症转移过程中，癌细胞需要穿越狭窄的细胞外基质孔隙和血管内皮间隙，这种受限环境下的迁移机制尚未完全阐明。以往研究多关注二维平面迁移，而对三维受限空间中细胞如何协调细胞骨架动力学与力学感知仍存在重大知识缺口。尤其令人困惑的是，传统认为主要参与胞质分裂的核蛋白Anillin和Ect2，为何会在多种癌症中异常高表达并与不良预后相关。

美国约翰霍普金斯大学的研究团队通过多学科交叉方法，首次揭示细胞质Anillin和Ect2通过激活RhoA/肌球蛋白II（myosin II）通路促进癌细胞在受限环境中的迁移和侵袭。这项开创性研究发表在《Nature Materials》上，为理解癌症转移的力学调控机制提供了全新范式。

研究采用微流控通道（cross-sectional area 9-100 μm²）、胶原凝胶和活体成像等关键技术，结合荧光寿命成像显微镜（FLIM）监测RhoA活性，同步追踪核膜破裂（NE rupture）事件。团队还开发了水凝胶包埋微通道阵列（HEMICA），精确模拟组织刚度和孔隙度，并通过鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）模型验证体内转移过程。

主要发现如下：

1. 受限环境诱导RhoA活化促进膜泡迁移
在10×3 μm²的狭窄通道中，85%的HT-1080纤维肉瘤细胞从间质表型转为膜泡迁移模式（Extended Data Fig.1a,b）。FLIM-FRET显示RhoA活性在细胞前后极显著升高（Fig.1c-e），敲除肌球蛋白IIA（MIIA/MYH9）可逆转此表型（Fig.1f）。ROCK抑制剂Y27632显著延缓细胞进入狭窄通道（Fig.1g,h），证实RhoA/ROCK/MIIA通路的关键作用。

2. 机械限制触发Anillin在细胞极点的聚集
活细胞成像发现，核定位的GFP-Anillin在细胞进入狭窄通道时迅速募集至前后极，形成"Anillin富集边缘区"（ACEs）（Fig.2a-c）。这种定位依赖于Anillin的肌球蛋白和肌动蛋白结合域（Fig.5e），并与F-actin、RhoA共定位（Fig.2d）。值得注意的是，核增大（G1/S期阻滞）的细胞更早发生核膜破裂（Fig.2j,k），导致Anillin核质重分布加速（Fig.2m）。

3. 基质刚度和孔隙度调控Anillin定位
在21 kPa高刚度的HEMICA通道中，Anillin在细胞前后极的积累比8 kPa组更显著（Fig.3b,c），这与核膜破裂频率增加相关（Fig.3d）。在3D胶原凝胶中，基质金属蛋白酶（MMP）抑制剂GM6001使ACE强度增加两倍（Fig.3f），而快速松弛的藻酸盐凝胶（t_1/2=1 min）同样促进Anillin边缘定位（Fig.3h）。

4. Ect2通过DH催化域激活RhoA
免疫荧光证实Ect2与Anillin共定位于细胞边缘（Fig.5a）。DH域突变的Ect2（Ect2-DHmut）降低整体RhoA活性（Fig.5b），而核定位序列（NLS）缺失的Ect2增加胞质pMLC水平（Extended Data Fig.4f）。共表达Anillin-NLS和Ect2-NLS突变体可协同增强肌球蛋白II收缩性（Fig.5d），说明二者在局部激活RhoA中的互补作用。

5. Anillin/Ect2促进体内肿瘤侵袭和外渗
鸡胚模型中，过表达野生型Anillin/Ect2的癌细胞形成侵袭性转移灶（Fig.6f,h），而双突变体（ANLN-△3/Ect2-DHmut）仅产生紧凑病灶（Fig.6g）。高分辨率成像显示，外渗过程中癌细胞胞质Anillin水平持续升高（Fig.6m-p）。定量分析发现，狭窄组织间隙（<10 μm）中近100%的侵袭细胞呈现Anillin边缘定位（Fig.4h）。

这项研究首次阐明Anillin/Ect2通过"分子海绵"机制调控RhoA时空激活：Anillin以低亲和力（~7 μM）捕获RhoA-GTP，暂时屏蔽其与GAPs（GTP酶激活蛋白）的相互作用，释放的RhoA-GTP进而激活ROCK（Fig.5j）。核膜破裂导致的Anillin/Ect2核质泄漏形成正反馈循环，强化前沿收缩力。该发现不仅解释了癌细胞穿越亚细胞尺度孔隙的力学基础，还为靶向转移的力学适应通路提供了新靶点，如开发特异性干扰Anillin-RhoA结合的小分子抑制剂。

研究创新性地将细胞分裂机制与迁移力学相联系，提出"胞质分裂样收缩环"驱动侵袭的概念。未来研究可进一步探索：①其他RhoGEFs（如p114RhoGEF）在ACE形成中的作用；②肿瘤微环境刚度梯度如何动态调节Anillin磷酸化；③靶向Anillin PH域（pleckstrin homology domain）能否阻断其膜定位。这些方向将深化对癌症转移力学编码机制的理解，推动新型抗转移策略的开发。