细胞黏附和扩散阶段

1.体外细胞被动黏附

被动体外细胞粘附是指细胞在培养瓶、培养皿等静态培养基中的粘附过程。在静态体外细胞-基质附着和扩散过程中，细胞在被动变形和细胞骨架主动重组的驱动下发生形态改变。整合素受体和异二聚体跨膜蛋白在细胞粘附和扩散过程中发挥着核心作用。特异性整合素结合不仅提供了细胞内肌动蛋白细胞骨架与ECM之间的机械连接，还提供了双向跨膜信号通路。整合素可识别可溶性配体和不溶性ECM蛋白，它们之间的相互作用可调节细胞反应，如细胞骨架的形成。

图1 体外细胞被动粘附示意图[1]

初始附着后，细胞在基质上变平和扩散，细胞高度下降（细胞变平）和接触面积增加（阶段1）。接下来，细胞扩散到未扩散球形细胞的投影面积之外（阶段2）。之后细胞将通过扩张达到尽可能大的扩散面积，粘附强度也将变得更强（阶段3）。

2.体内细胞动态黏附

体内细胞的动态粘附是通过细胞表面受体与细胞外基质中其他细胞表面的配体或反受体之间的分子键来介导的。

图2 体内细胞动态黏附示意图[2]

体内细胞动态粘附的起初识别涉及 "对接 "阶段，该阶段发生在细胞与内皮细胞的滚动和细胞停滞之间。这一阶段涉及的分子有细胞表面共轭物、选择素、趋化因子或免疫球蛋白（Igs）。滚动的细胞从粘附受体和趋化因子受体传递信号，使细胞滚动速度减慢，然后停止，这是细胞通过血管移入下层组织的先决条件。

细胞黏附分子类别

细胞黏附分子（Cell Adhesion Molecules, CAMs）是细胞表面的蛋白质，负责细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质（ECM）之间的相互作用。

细胞黏附分子大致分为五大类：整合素（integrins）、选择素（selectins）、钙粘蛋白（cadherins）、免疫球蛋白超家族（IgSF）成员以及其他蛋白。

整合素：通过识别并结合细胞外基质中的特定配体（如胶原蛋白、层粘连蛋白等），介导细胞与基质的黏附。整合素还参与细胞信号转导过程，影响细胞的增殖、分化、迁移和凋亡等生物学行为。

选择素：是一类Ca²⁺依赖性黏附分子，主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与黏附。它们通过识别并结合白细胞和内皮细胞表面的特定糖蛋白配体（如P-选择素糖蛋白配体-1，PSGL-1），在炎症过程中发挥重要作用。

钙粘蛋白：以钙离子依赖的方式介导细胞间的黏附，并参与细胞分化和迁移的调控。钙粘蛋白在胚胎发育、组织形成和维持细胞极性等方面发挥关键作用。此外，钙粘蛋白的异常表达还与多种疾病（如肿瘤）的发生和发展密切相关。

免疫球蛋白超家族：包括多种与细胞黏附相关的分子，如细胞间黏附分子（ICAMs）、血管细胞黏附分子（VCAM）等。这些分子在免疫应答、炎症反应和肿瘤转移等过程中发挥重要作用。

活细胞成像仪能够实时、高分辨率地记录细胞在特定环境下的黏附过程。通过荧光标记技术，研究人员可以标记细胞表面的黏附分子（如选择素、整合素等），并使用活细胞成像仪监测这些分子在细胞间或细胞与基质间的相互作用。这种实时观察有助于研究者揭示细胞黏附的分子机制和动态过程。

JuLI™ Stage监测细胞黏附发生过程&应用文献案例

奎克泰生物的JuLI™系列活细胞成像分析系统，能够置于培养箱中长时程监测细胞样本的变化情况，不错过任意关键变化点。JuLI™ Stage活细胞成像分析系统，可以任意选择拍摄位点，配置明场和三色荧光（GFP/RFP/DAPI），自动聚焦&手动聚焦、图像拼接、全孔成像、Z轴层扫等功能。另外还标配编辑软件和数据处理软件，能够快速获得所需要的视频以及大批量处理数据，省时高效！JuLI™ Stage实现细胞生长、黏附过程中的实时监测和无损成像，通过明场/荧光细胞图像，基于图像分析软件，鉴定细胞形态特征。

图3 JuLI™ Stage活细胞成像分析系统置于培养箱示意图

来自美国国立卫生研究院的研究人员在《Cancers》期刊发表名为“A Cell-Autonomous Oncosuppressive Role of Human RNASET2 Affecting ECM-Mediated Oncogenic Signaling”的文章。

在这篇文章中，研究者将细胞接种在5 μg/mL的纤连蛋白（mock/shRNASET2-OAW42）或5 μg/mL的 I 型胶原（mock/tRNASET2-SKOV3）的包被上，使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统监测细胞黏附情况，共拍摄8h。拍摄结束后使用仪器自带的分析软件计算细胞的融合度并绘制曲线。结果表明细胞能够粘附纤维连接蛋白，但不能粘附胶原蛋白[3]。

图4 细胞黏附结果图

参考文献

[1]Hong S, Ergezen E, Lec R, Barbee KA. Real-time analysis of cell-surface adhesive interactions using thickness shear mode resonator. Biomaterials. 2006 Dec;27(34):5813-20.

[2]Khalili AA, Ahmad MR. A Review of Cell Adhesion Studies for Biomedical and Biological Applications. Int J Mol Sci. 2015 Aug 5;16(8):18149-84.

[3]Roggiani F, Riva C, Raspagliesi F, Porta G, Valli R, Taramelli R, Acquati F, Mezzanzanica D, Tomassetti A. A Cell-Autonomous Oncosuppressive Role of Human RNASET2 Affecting ECM-Mediated Oncogenic Signaling. Cancers (Basel). 2019 Feb 22;11(2):255.