侵袭转移级联过程中的细胞迁移需要癌细胞在复杂的空间微环境中进行导航，从而为迁移细胞提供方向选择。理论和实验数据表明，在有限空间中迁移的能量成本是由细胞和基质依从性之间的平衡以及对直接决策的空间约束程度来调节的。能量成本由产生矩阵位移所需的元胞功驱动，随着单元刚度、矩阵刚度和空间约束程度的增加而增加，从而限制了迁移。
通过评估可能的迁移路径之间的能量成本，可以预测迁移选择的概率。研究结果表明，在有限空间内的运动对迁移细胞产生了高能量需求，细胞向最小限制的方向迁移以最小化能量成本。因此，治疗靶向代谢可能限制癌细胞的迁移和转移。
美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学生物医学工程系的一项新研究显示，在决策过程中，由细胞力学和约束调节的能量成本可以预测迁移路径。也就是说，治疗靶向代谢可能限制癌细胞的迁移和转移。
图片来源：Reinhart-King Lab Vanderbilt University
该论文（energy costs regulated by cell mechanics and are predictive of migration path during decision）发表在《自然通讯》，这些新发现建立在工程学Cornelius Vanderbilt教授Cynthia Reinhart-King实验室曾经发表的类似研究的基础上，该实验室发现了癌细胞在迁移过程中用来保存能量的"绘图"技术。
细胞迁移是侵袭转移级联的一个重要方面，受到微环境的显著影响。细胞外基质(ECM)的物理性质已被确定为细胞行为的关键介质，并决定了对基序的需求。在癌症的发展过程中，细胞外基质通常会失去控制并发生紊乱，导致细胞外基质高度不均质，其中含有限制毛孔、横截面积和沟道样轨迹。这些紧间隙空间范围可以从30μm width2 ~ 3,创建复杂的地形,目前定向选择迁移cells。
值得注意的是，基质中的通道状轨迹是ECM固有的，或者细胞本身使用金属蛋白酶(MMPs)进行预图案化，它提供了物理指导，并为迁移细胞提供了阻力最小的路径s。一旦“领先”癌细胞创造出类似通道的轨迹，其他“追随”癌细胞就会利用这些微轨迹，以一种不受阻碍、独立于mmp的方式迅速传播。这种迁移模式可能解释了MMP抑制剂治疗转移瘤的临床成功有限的原因。由于基质中的这些微轨迹为肿瘤细胞提供了强大的前侵袭性线索，通过生理相关的限制轨迹了解癌细胞运动的机制对于制定靶向转移的治疗策略至关重要。
尽管这项新研究的范围主要集中在转移性癌细胞上，这篇论文的第一作者、研究生Matthew Zanotelli同时也指出，这项研究的结果可能很快会对癌症之外的各种情况产生更广泛的影响——比如在发炎和伤口愈合的时候。
从一定意义上来说，随着科学家们对能量和细胞迁移有着更进一步的了解，未来它能为更广泛的研究奠定基础。
参考资料：
Matthew R. Zanotelli et al. Energetic costs regulated by cell mechanics and confinement are predictive of migration path during decision-making， Nature Communications (2019). DOI： 10.1038/s41467-019-12155-z
