癌症进展的一个转折点是转移，细胞脱离原发肿瘤，在全身范围内迁移到其他组织。与实验室培养的细胞在水溶液中培养不同，现实生活中的癌细胞在体液中移动时会遇到阻力。先前的研究表明，与直觉相反，细胞在较厚的溶液中移动时加快了速度。然而，实验使用的液体比人体内的黏性要高得多。
现在，11月2日发表在《自然》杂志上的一项研究表明，癌细胞可以检测并对生理水平的粘度做出反应。在糖浆环境中，细胞触发细胞结构的变化，帮助它们克服外力，更有效地迁移。它们甚至表现出对黏度的记忆，当它们回到含水的介质中时仍能快速移动。
英国伦敦大学学院的细胞生物学家罗伯托·马约尔没有参与这项研究，他说:“这是一项令人兴奋的研究，它为细胞感知并控制其行为的机械信号增加了粘性。”
同一小组最近的另一项研究表明，在密闭条件下，癌细胞是如何通过在细胞前部吸收水分并将其从细胞后部喷出来移动的，就像章鱼一样在狭窄的空间中推进自己。在这项新研究中，为了确定细胞如何在粘性介质中迁移，研究人员使用了先前设计用于预测细胞运动的数学模型，并对其进行了调整，以解释更高的粘性。
修改后的模型预测，外部阻力会触发细胞重组肌动蛋白(一种形成细胞内部骨架的蛋白质)。随后，一种名为NHE1的转运蛋白被肌动蛋白结合蛋白募集，聚集在膜上并介导水的摄取。细胞膨胀，拉紧膜，打开TRPV4，这是一种对膜张力敏感的离子通道。钙离子涌入细胞，刺激细胞收缩，产生一种克服高粘度的力量，推动细胞前进。
人类乳腺癌细胞的超分辨率显微镜证实，肌动蛋白确实聚集在细胞通过较厚介质移动的前沿。通过系统地探测每个组成部分，研究人员确认了通路内事件的顺序。例如，在nhe1缺陷细胞中，通过激活TRPV4可以恢复快速迁移，这表明TRPV4通道在水运输的下游起作用。“这令人震惊，”该研究的合著者Miguel Valverde说，他是西班牙巴塞罗那庞培法布拉大学的分子生理学家，因为它挑战了离子通道是外部事件的最初反应者的普遍假设。
Valverde和他的同事们还惊讶地发现，细胞对它们暴露在粘性条件下具有“记忆”:人类乳腺癌细胞在高粘度培养基中培养6天，然后切换到水环境，相对于一直在低粘性溶液中的细胞，它们保持了快速的运动。同样，在黏性培养基中培养并注射到小鼠体内的乳腺癌细胞，其转移范围比在低黏性溶液中预处理的乳腺癌细胞更广。用高粘度培养基预处理过的细胞在斑马鱼体内的移动速度更快，在鸡胚胎中也能迅速从血液中迁移出来。
这种“记忆”的发展似乎依赖于TRPV4。细胞在黏性溶液中孵育6天，但不表达离子通道，在小鼠体内形成的肿瘤菌落比具有功能通道的细胞在同样的方式下形成的肿瘤菌落少。这表明，在没有通道的情况下，预处理不会影响它们在动物体内的速度。
Valverde说，这些发现表明TRPV4是阻止癌症转移的潜在靶点。“动物TRPV4通道的敲除正常发育，”他说，这表明健康细胞可能不依赖于通过粘性液体的快速迁移——在这种情况下，针对TRPV4的治疗可能不会引起明显的副作用。事实上，与健康细胞相比，肿瘤细胞周围的液体粘度更高，因为肿瘤倾向于降解周围组织并阻塞淋巴管。但是研究的合作者，约翰霍普金斯大学的生物分子工程师Konstantinos Konstantopoulos说，弄清楚这条通路在正常细胞中的作用——如果有的话——是一个“我们需要解决的问题”。
然而，法国斯特拉斯堡INSERM的癌症生物学家Jacky Goetz说，应该谨慎地解释这些发现。他没有参与这项研究，但审阅了《自然》杂志的手稿。他说，仅仅因为细胞在较浓的溶液中移动得更快并不一定意味着它们更容易形成继发性癌症;肿瘤转移是一个“非常复杂的事件，涉及一系列的步骤，其中一些与迁移无关。”
无论它们是否直接适用于医学，这些发现可能会导致以细胞为基础的癌症研究的变化。Konstantopoulos说:“绝大多数在细胞培养中进行的研究都使用粘度接近水的培养基。”他说，使用黏度与体液相似的介质可能有助于识别转移阻断药物靶点，否则可能会错过这些靶点。新加坡国立大学的癌症生物工程师Andrew Holle也同意这一观点，他也为《自然》杂志评论了这项研究。“作为癌症研究人员，我们的目标是尽可能地概括细胞外环境，”他说，介质粘度可能是另一个需要考虑的因素。