人胰腺导管类器官的旋转迁移依赖于肌动蛋白和肌球蛋白活性及其在组织稳态中的意义

《Communications Biology》：Rotational migration in human pancreatic ductal organoids depends on actin and myosin activity

　　本研究针对三维上皮结构中集体细胞旋转迁移的调控机制尚不明确的问题，利用人原代胰腺导管类器官模型，通过活体成像、三维轨迹追踪及分子抑制实验，发现旋转迁移依赖肌球蛋白（myosin）活性、肌动蛋白（actin）聚合和分支。该模型首次在大型人源类器官（>300 μm）中证实旋转迁移的持续性，且其在胰腺癌（PDAC）类器官中缺失，提示旋转迁移可能参与维持正常组织稳态，为研究上皮形态发生和癌症异常提供了新平台。

　　

在生命的长河中，细胞并非孤军奋战，它们常常以集体的形式协同运动，完成诸如胚胎发育、伤口修复等关键任务。其中，旋转迁移（rotational migration）作为一种特殊的集体运动模式，广泛存在于果蝇卵泡、乳腺腺泡等三维球状结构中，对组织形态发生至关重要。然而，由于缺乏理想的人源原代细胞模型，旋转迁移在哺乳动物系统中的调控机制，尤其是如何启动和维持长期定向运动，仍笼罩在迷雾之中。此外，旋转迁移的异常是否与疾病（如癌症）相关，亦值得深入探索。

为了解决这些难题，研究团队将目光投向了人胰腺导管类器官（pancreatic ductal organoids）。这类由人外分泌组织培育而成的三维结构，完美模拟了体内胰腺导管的囊状形态，为在接近生理条件下研究上皮细胞行为提供了独特窗口。相关研究成果发表于《Communications Biology》，揭示了旋转迁移的核心驱动力量及其在健康与疾病中的潜在意义。

关键技术方法概览

研究依托人多能胰腺导管类器官模型（源自Integrated Islet Distribution Program提供的人外分泌组织），通过活细胞成像（如SPY650-DNA核标记、旋转盘共聚焦显微镜）追踪细胞运动，结合深度学习辅助的三维单细胞轨迹分析（TrackMate、StarDist算法）量化迁移速度。分子机制探索采用药理学抑制（如肌球蛋白抑制剂Blebbistatin、Arp2/3复合物抑制剂CK-666），并通过免疫荧光染色（检测F-actin、pMYL9、paxillin等）观察细胞骨架与粘附结构。

研究结果

旋转迁移的发现与特征

活体成像显示，正常人胰腺导管类器官在均质Matrigel中持续旋转，且旋转现象在由数百个细胞组成的大型类器官（直径>300 μm）中依然存在，与此前仅能在小型（<20个细胞）或基质硬度梯度下旋转的MDCK（犬肾上皮细胞）或MCF10A（人乳腺上皮细胞）球体形成鲜明对比。通过核追踪技术，研究人员重构了细胞运动的三维轨迹，测得平均旋转速度约为15–18 μm/hr，与果蝇卵泡细胞（12–36 μm/hr）等系统相当。值得注意的是，胰腺导管腺癌（PDAC）类器官虽保留囊状形态，却完全丧失旋转能力，暗示旋转迁移缺失可能与恶性表型相关。

细胞骨架与粘附的基底极性

类器官基底侧（与基质接触面）富含焦点粘附（focal adhesion）蛋白paxillin簇和明显的肌动蛋白应力纤维（actin stress fibers），并伴有磷酸化肌球蛋白调节轻链（pMYL9）的富集，表明肌动球蛋白（actomyosin）收缩性激活。这些结构与旋转的果蝇卵泡细胞基底侧特征高度相似，提示细胞-细胞外基质（ECM）相互作用及肌动球蛋白网络可能共同驱动旋转运动。

肌球蛋白收缩性的关键作用

使用肌球蛋白II抑制剂Blebbistatin或Rho激酶（ROCK）抑制剂Y-27632处理类器官后，旋转速度显著下降。同时，肌动蛋白应力纤维变得短而弯曲，pMYL9积聚于纤维基部，表明肌球蛋白活性不仅直接影响运动，还调控肌动蛋白骨架的组织。增殖阻断实验进一步证实，旋转减慢与细胞分裂无关，凸显肌球蛋白收缩性的独立功能。

肌动蛋白聚合与分支的必要性

抑制肌动蛋白聚合（Latrunculin A）或Arp2/3介导的肌动蛋白分支（CK-666）同样大幅减缓旋转。尤为重要的是，CK-666破坏了隐匿性片状伪足（cryptic lamellipodia）——一种在细胞间延伸的基底侧扁平突起结构，而该结构在正常旋转类器官中清晰存在，但在非旋转的PDAC类器官中受损。这表明肌动蛋白分支驱动的伪足形成是维持定向迁移的核心环节。

结论与展望

本研究首次利用人原代胰腺导管类器官证明，旋转迁移依赖于肌动蛋白骨架的动态重组（包括聚合与分支）及肌球蛋白II介导的收缩力。该模型突破了过去永生化细胞系的局限，为在生理相关环境中解析上皮集体运动提供了强大工具。旋转迁移在胰腺癌类器官中的缺失，提示其可能作为正常组织稳态的“守护者”，其失调或许参与肿瘤进展。未来研究可进一步探索机械信号（如管腔流体压力、表面曲率）与生化途径（如TGF-β）如何协同调控旋转行为，从而深化对器官发育与疾病机制的理解。