肌球蛋白-Ie驱动侵袭性肺癌细胞A549中皱褶边缘片状伪足形成与运动机制研究

本研究针对侵袭性肺癌细胞迁移机制，发现肌球蛋白-Ie（Myo1E）在皱褶边缘片状伪足（ruffle-edge lamellipodia）中的关键作用。通过活细胞成像、免疫荧光和扫描电镜技术，证实Myo1E通过PI3K依赖性方式定位至ACTN4富集的片状伪足边缘，其敲除显著抑制多层膜皱褶结构和细胞迁移。该研究为靶向癌症侵袭的新型治疗策略提供了分子机制依据。

　　

在癌症转移的复杂过程中，细胞迁移能力是关键因素，而片状伪足（lamellipodia）作为细胞前沿的薄片状突起，在推动细胞运动方面扮演重要角色。近年来研究发现，在某些侵袭性癌细胞中存在着一种特殊类型的片状伪足——皱褶边缘片状伪足（ruffle-edge lamellipodia），其前端具有独特的层层叠叠的膜皱褶结构。这种结构不仅形态上与常规片状伪足不同，功能上也更为活跃，且与癌细胞侵袭能力密切相关。

此前研究表明，皱褶边缘片状伪足富含α-辅肌动蛋白-4（ACTN4），且其形成依赖于PI3K信号通路活性。更值得注意的是，这类结构中还发现了膜型1基质金属蛋白酶（MT1-MMP）的定位，暗示其在细胞外基质降解中的作用。然而，驱动这种特殊结构形成和运动的具体分子机制仍不清楚。

在这项发表于《Microscopy》的研究中，日本香川大学的研究团队将目光投向了一种非常规肌球蛋白——肌球蛋白-Ie（Myo1E）。Myo1E属于I型肌球蛋白家族，具有连接细胞膜与肌动蛋白细胞骨架的特性，且其尾部含有可与PI(3,4,5)P₃（磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸）结合的TH1和TH2结构域。研究团队推测，Myo1E可能在PI3K依赖的皱褶边缘片状伪足形成中发挥关键作用。

为验证这一假设，研究团队主要采用了活细胞成像观察蛋白质动态定位、免疫荧光显微技术分析内源蛋白分布、扫描电子显微镜观察超微结构以及RNA干扰技术敲低目标基因表达等方法。所有实验均使用A549人肺腺癌细胞系进行。

研究结果方面：

Myo1E定位至ACTN4富集的皱褶边缘片状伪足且依赖PI3K活性

通过活细胞成像表达mApple-Myo1E和GFP-Myo2B（肌球蛋白-IIB），发现Myo1E特异性地定位于片状伪足边缘，而Myo2B则主要分布在应力纤维中。使用PI3K抑制剂LY294002处理后，Myo1E从片状伪足边缘显著消失，而Myo2B的定位未受影响，表明Myo1E的定位具有PI3K依赖性。免疫荧光和超分辨显微成像进一步证实内源Myo1E与ACTN4在片状伪足中的共定位，且Myo1E位于更靠边缘的位置。

Myo1E敲除抑制皱褶边缘片状伪足形成和细胞迁移

使用三种不同的Myo1E siRNA敲除A549细胞中的Myo1E表达，免疫荧光显示敲除效率显著，且ACTN4富集的片状伪足形成明显减少，ACTN4重新分布至应力纤维中。伤口愈合实验表明，Myo1E敲除细胞的迁移能力显著降低。活细胞成像显示，对照组细胞在伤口边缘形成活跃的皱褶边缘片状伪足并向前迁移，而Myo1E敲除细胞则很少形成此类结构，细胞迁移明显抑制。

Myo1E敲除改变片状伪足超微结构

扫描电镜观察发现，对照组细胞前端具有典型的多层膜皱褶结构，而Myo1E敲除细胞则主要形成平坦的边缘结构，仅偶见单层皱褶，表明Myo1E对于多层膜皱褶结构的构建不可或缺。

研究结论与讨论部分指出，Myo1E通过其TH1和TH2结构域与PI(3,4,5)P₃结合，被招募至细胞膜富含PI(3,4,5)P₃的区域，与ACTN4协同促进皱褶边缘片状伪足的形成和运动。Myo1E不仅为膜皱褶的运动提供动力，还直接参与多层结构的构建。PI3K抑制或Myo1E敲除都会导致皱褶边缘片状伪足向静止的平坦边缘突起转化。

该研究的重要意义在于首次揭示了Myo1E在癌症细胞特殊迁移结构中的关键作用，将PI3K信号、肌动蛋白细胞动力学和细胞膜形态形成有机联系起来。鉴于皱褶边缘片状伪足特异性地存在于侵袭性癌细胞中，且与基质降解和细胞侵袭能力相关，Myo1E可能成为抑制癌症转移的新治疗靶点。此前研究也发现Myo1E过表达与肺癌患者死亡率增加相关，在乳腺癌模型中影响肿瘤形态和细胞迁移，进一步支持了其在癌症恶性进展中的重要作用。

这项研究不仅深化了对癌细胞迁移机制的理解，也为开发针对癌症侵袭的靶向治疗策略提供了新的分子基础和理论依据。