《应力纤维调控干细胞分化作用机制的研究进展》点评

张天宇

(复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼耳鼻整形外科 上海 200031)

1 应力纤维的解聚与聚合及其对细胞功能的影响

应力纤维(stress fiber，SF)又称微丝束，是细胞骨架之一。构成微丝的主要成分是肌动蛋白，肌动蛋白有单体肌动蛋白(G-actin)和聚合肌动蛋白(F-actin)2 种。肌动蛋白的不同形式发挥着不同的功能，G-actin 主要通过调节转录因子影响相应基因的表达；而F-actin 在维持细胞形态和机械信号传递中具有重要作用。SF 不仅影响细胞形态、细胞分化等，在肿瘤细胞的侵袭和迁移中也发挥重要作用。有研究[1]表明，微丝束的解聚和F-actin 的聚合在鼻咽癌细胞中更活跃；一些环状RNA 通过调控微丝束等细胞骨架的重塑促进鼻咽癌的迁移和浸润[2]。由此可见，充分认识SF 的结构和功能对于认识干细胞的定向分化及肿瘤的发生、发展均具有重要指导意义。

2 SF 调控干细胞分化的途径

SF 通过多种方式调控细胞功能，综述着重介绍了以下4 种途径。

2.1 通过MRTF-A 与SRF 结合激活含CArG 元件的靶基因 MRTF-A 广泛表达于胚胎和成年组织中。人类的MRTF-A 蛋白有肌动蛋白结合结构域和血清反应因子(serum response factor,SRF)结合区域，这些结构域是其发挥功能的重要基础。当肌动蛋白聚合增加时，G-actin 与心肌素相关转录因子A(myocardin related transcription factor-A,MRTF-A)解聚，在一些辅助因子的作用下，MRTF-A 从细胞质转移至细胞核中与SRF 结合。SRF 是高度保守的多功能转录因子,主要调控与生长发育过程相关的基因。SRF 具有DNA 结合位点CC(AT)6GG，可结合含CArG 元件的靶基因。SRF 与CArG 元件结合后可调节基因的表达。在生物的生长发育乃至肿瘤的发生、发展过程中，转录因子与DNA 顺式作用元件的正确识别与结合是调控基因特异性时空表达的关键步骤。当顺式元件CArG 突变或SRF 功能异常时，可能会出现不当调控，从而导致细胞功能异常及疾病的发生。综上所述，MRTF-A 并不直接调控基因的表达，而是通过SRF 来调控基因的表达。由于SRF 的调控功能具有多样性，因此，肌动蛋白-MRTF-A-SRF 最终产生的细胞效应可能会因不同刺激和不同细胞类型而异。

2.2 促进YAP 与转录因子TEAD 结合 如文中所述，转录共激活因子相关蛋白[Yes 相关蛋白(Yesassociated protein,YAP)]的转录活性主要受磷酸化调控，非磷酸化的YAP 入核可发挥转录调控活性，而磷酸化的YAP 则失去活性。YAP 的磷酸化和去磷酸化受Hippo 通路、机械信号及其他分子的调控。目前认为，机械信号对YAP 的调控主要依赖LATS 1/2信号蛋白实现，但其具体机制未阐明。Hippo 信号对YAP 的调控是研究最多、机制也比较明确的途径[3]。当Hippo 信号激活时可引起YAP 的磷酸化，使YAP滞留在细胞质内或降解。而当Hippo 信号被抑制时，YAP 则以非磷酸化状态进入细胞核中结合核转录因子TEAD。TEAD 具有YAP 结合域及DNA 结合域，只有与YAP、TAZ 等蛋白结合后才能激活下游靶基因的表达，常见的靶基因有CTGF、Cyr61 和Axl 等。Hippo 信号参与细胞增殖、干细胞的自我更新、组织的再生、肿瘤发生及肿瘤免疫逃逸等过程。

2.3 促进核膜LINC 复合物介导核外周染色质开放性增加 细胞骨架复合体(LINC 复合体)是连接细胞骨架和核骨架的跨膜蛋白复合体，是细胞膜和细胞核的桥梁。SF 可将机械刺激信号通过LINC 复合体传递到核内，导致细胞核形变，改变核内染色质的构象。染色质构象的改变对基因的表达、DNA的复制等具有重要作用。通常情况下，大多数基因组DNA 与组蛋白缠绕形成核小体，有部分基因组DNA 不与组蛋白缠绕形成无核小体的裸露DNA 区域，这些区域被称为开放染色质(open chromatin)。这些开放区域往往是转录因子或一些调控蛋白结合的靶点。在LINC 复合体传导机械力的作用下，核外周处于开放的染色质增多，一些转录因子和辅因子就容易与这些区域结合，从而启动基因转录或DNA 的复制。此外，LINC 复合体传导机械力可还通过调控机械依赖性转录因子、增加核膜上核孔的孔隙暴露量等影响转录因子出入细胞核。由此可见，LINC 复合体传导机械力的生物学效应是多样的，对细胞的生命活动及功能发挥具有重要作用。

2.4 促进Emerin 蛋白介导Ezh2 酶移位 Emerin 蛋白是一种富含丝氨酸的内核膜蛋白，广泛表达于全身多种组织细胞中。一方面，肌动蛋白数量增加或收缩活性增强可促进内层核膜Emerin 蛋白发生磷酸化，从而促进组蛋白甲基转移酶Ezh2 在核内移位，导致靶基因的甲基化水平降低。另一方面，Emerin蛋白也能与肌动蛋白纤维的生长端结合，促进肌动蛋白单体聚合增加，从而调控肌动蛋白纤维的装配。因此，Emerin 蛋白与肌动蛋白可以相互调控以维持自身稳定。此外，Emerin 蛋白还参与转录调控、细胞信号转导等多种生物过程。有研究[4]表明，Emerin 蛋白还能够通过不同的方式调控不同类型癌细胞的上皮间质转化进程，从而影响癌细胞的转移和迁徙。如促进前列腺癌细胞中ERK1/2 的磷酸化，引起细胞核的不稳定，促进癌细胞转移[5]。由于Emerin 蛋白的功能多样，其接受机械信号后最终产生何种生物学效应，不同的细胞类型可有不同的表现。

3 总结及展望

综述重点概述了机械信号通过细胞骨架传递到细胞核的4 种分子机制。这些分子机制的阐明对认识细胞的分化、组织再生、肿瘤的发生及发展等具有重要指导作用。尽管如此，很多关键科学问题尚未阐明，如细胞如何感知不同环境下受到的机械刺激，又如何将这些信号精确传递给特定的效应子；机械信号传递的时空调控机制如何；依赖细胞骨架的不同机械信号传导机制之间有无协同或相互抑制作用。在未来，在活细胞中可视化基因表达，建立细胞核的机械化学模型可能是明确这些问题的重要研究手段。