基质刚度通过下调Piezo1通道抑制钙离子内流促进肺癌细胞迁移的机制研究

《Materials Today Bio》：Stiff matrix promotes lung cancer cell migration through down-regulating the Piezo1 channel expression to facilitate Ca2+-dependent filopodia formation

本研究针对肺癌中机械敏感性Piezo1通道表达下调却负向调控细胞迁移的矛盾现象，通过构建不同刚度聚丙烯酰胺水凝胶模型，揭示了硬基质通过下调Piezo1表达限制Ca2+内流，降低细胞内钙浓度([Ca2+]i)，进而抑制钙调磷酸酶(CaN)/Slingshot(SSH)通路活性，促进cofilin磷酸化并驱动丝状伪足形成，最终加速肺癌细胞迁移的新机制。该发现为理解肺癌特异性力学响应提供了新视角，对靶向力学微环境的治疗策略开发具有重要意义。

　　

在肺癌治疗领域，一个令人困惑的现象长期存在：与其他实体肿瘤中机械敏感性离子通道Piezo1促进癌症进展的作用相反，肺癌组织中的Piezo1表达显著下调，且意外地发挥着抑制癌细胞迁移的功能。这种"悖论"背后的分子机制一直悬而未解，阻碍了针对力学微环境的肺癌治疗策略开发。

近日发表在《Materials Today Bio》上的研究揭开了这一谜团。研究人员发现，硬化的细胞外基质通过下调Piezo1通道表达，限制钙离子内流，进而通过钙调磷酸酶(calcineurin, CaN)/Slingshot(SSH)/cofilin信号轴促进丝状伪足形成，最终加速肺癌细胞迁移。这一发现不仅解释了Piezo1在肺癌中的独特作用机制，也为靶向肿瘤力学微环境的治疗提供了新思路。

研究团队主要采用了多种关键技术方法：通过生物信息学分析公共数据库(GENT2、GEO)验证Piezo1在多种癌症中的表达模式；构建模拟正常肺组织(3 kPa)和肺癌组织(10/20 kPa)刚度的聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PA)水凝胶培养体系；使用Transwell实验评估细胞迁移能力；采用钙成像技术监测细胞内钙浓度([Ca²⁺]_i)变化；通过蛋白质印迹和流式细胞术检测蛋白表达与磷酸化水平；利用荧光染色观察细胞形态和丝状伪足动态。

研究结果系统揭示了刚度感知信号通路的核心环节：

基质刚度调控Piezo1通道表达与肺癌细胞迁移

研究发现，与软基质(3 kPa)相比，硬基质(10/20 kPa)显著促进A549和H460细胞迁移，同时下调Piezo1通道的膜表达和总蛋白水平。这种调控呈现刚度依赖性，为力学微环境影响肺癌进展提供了直接证据。

Piezo1通道负向调控刚度诱导的细胞迁移

通过药理学干预和基因敲低实验证实，Piezo1通道阻断剂GsMTx4处理或siRNA敲低促进细胞迁移，而激动剂Yoda1则抑制迁移，明确了Piezo1在肺癌迁移中的负向调控作用。

下调Piezo1促进刚度诱导的丝状伪足形成

硬基质上细胞表现出更长的丝状伪足和更多伪足数量。Piezo1通道抑制进一步增强丝状伪足形成，而通道激活则抑制这一过程，揭示了Piezo1通过调控细胞骨架重构影响迁移的机制。

Piezo1介导的钙信号调控迁移与伪足形成

硬基质上细胞表现出更低的基线[Ca²⁺]_i和减弱的钙内流能力。钙螯合剂BAPTA-AM模拟低钙状态，促进迁移和伪足形成，证实低钙环境是硬基质促迁移的关键环节。

钙-钙调磷酸酶-SSH-cofilin通路激活

硬基质促进cofilin磷酸化(p-cofilin)，此过程被Piezo1抑制或钙螯合增强，被通道激活减弱。机制上，低[Ca²⁺]_i抑制CaN活性，减少SSH1去磷酸化，导致cofilin持续磷酸化而失活，促进肌动蛋白聚合和伪足形成。

研究结论与讨论部分强调，该研究首次系统阐明了基质刚度通过"Piezo1-钙-CaN-SSH-cofilin-丝状伪足"通路调控肺癌细胞迁移的完整机制。与传统认知不同，肺癌中Piezo1的下调并非功能缺失，而是适应硬化微环境的特殊调控策略，通过维持低钙状态促进细胞骨架重构和运动能力。该发现不仅解释了Piezo1在肺癌中的独特作用模式，也为理解肿瘤力学微环境的器官特异性差异提供了新视角，对开发针对肺癌力学特性的精准治疗策略具有重要指导意义。