简介

细胞迁移（英文：cell migration，与cell locomotion同义，中文也有译作细胞移行、细胞移动或细胞运动）指的是细胞在接收到迁移信号或感受到某些物质的浓度梯度后而产生的移动。过程中细胞不断重复着向前方伸出突足，然后牵拉胞体的循环过程。细胞骨架和其结合蛋白是这一过程的物质基础，另外还有多种物质对之进行精密调节。

若以移动方式与型态来比较，细胞迁移是通过胞体形变进行的定向移动，这有别于其他﹔如细胞靠鞭毛与纤毛的运动、或是细胞随血流而发生的位置变化，而且就移动速度来看，相比起后两者，细胞迁移要慢得多。举例而言：成纤维细胞的移动速度为1微米/分，若以精子的平均游动速度56.44微米/秒，即3384微米/分来比较，两者约差距3000倍以上角膜细胞（Keratocyte）即使比成纤维细胞快十倍，但是要完成从不来梅到汉堡这93公里的路程仍需要17123年。而且细胞用力甚轻。成纤维细胞胞体收缩的力只有2×10-7牛顿，而角膜细胞的则是2×10-8牛顿（一牛顿约为人用手举起一鸡蛋所用的力）。

但此细胞迁移“步缓力微”的运动特性，却是细胞觅食、损伤的痊愈、胚胎发生、免疫、感染和癌症转移等等生理现象所涉及到的。因此细胞迁移是目前细胞生物学研究的一个主要方向，科学家们试图通过对细胞迁移的研究，在阻止癌症转移、植皮等医学应用方面取得更大成果。也因为细胞迁移独有的运动特性，成为今生物学热门研究方向。

最新研究发现：Nudel蛋白在细胞迁移过程中通过Cdc42GAP调节Cdc42的活性，从而揭示了一条新的调节Cdc42的信号通路，对于深入了解细胞迁移的调节机制有重要意义。

细胞迁移

研究史

1675年，显微技术的先驱人物安东尼·凡·列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek）往英国皇家学会寄出一封信，里面描写了细菌的运动。这封信可以说是打开了科学家对细胞迁移研究的第一页。在往后这300多年时间，人们就一直试图去理解细胞迁移过程的细节。

而细胞迁移的关键物质—细胞骨架则要等到20世纪才被发现。虽然1939年科学家阿尔伯特·山特吉尔吉（A. Szent-Györgyi）就已发现细胞骨架的成分—肌动蛋白和肌球蛋白，但是因为电子显微镜制作样本时需要对样品进行0到4°C的低温固定，在这样的温度下细胞骨架会被破坏，即所谓的“解聚”。所以当时认为细胞质不过是一“蛋白汤”，各种细胞器悬浮于细胞质液（Cytosol）中。但在60年代后，人们使用戊二醛常温固定的方法开始逐渐发现细胞骨架。科学家发现，细胞骨架在这个细胞迁移过程起到承载和支撑的作用。在20世纪末21世纪初，科学家对细胞迁移复杂机理的认识有了非常大的进步，对细胞与基质的粘着，非对称性极化和胞内分层运动都有了进一步的了解。但是整个过程其实仍未被了解透彻，很多中间过程就是连起作用的物质都未明。科学家对其中部分需要进行假设，再进一步通过实验去证实。

研究技术

为了研究某一蛋白质在细胞迁移中所扮演的角色，一般来说科学家可以将某蛋白的编码基因进行突变，甚至应用新近的RNAi现象，或者加入该蛋白质的阻断剂（inhibitor）来抑制某一个蛋白质的表现，并分析此抑制对于细胞迁移的影响，反而得知被抑制的蛋白质与细胞迁移的作用。

新科技对细胞迁移研究起到了极大的推动作用。科学家通过ECIS技术（Electric Cell-substrate Impedance Sensing；电子细胞基质阻抗判断）可以观察到细胞在传统细胞培养甚至是液体环境中的移动行为。根据ECIS技术观测细胞电学参数的能力，ECIS技术还可以量化测量肿瘤细胞迁移过程中细胞层形态变化。同样是在肿瘤研究领域，ATIM（Fluorescence- Assisted Transmigration Invasion and Motility Assay，荧光协助转移侵入和运动分析法） 提供了快速定量细胞侵入（细胞从一个区域进入另一区域）的更好方法，允许检测大量样品和不同条件下时间依赖性侵入。更重要的是，这一系统可以方便地通过在多孔膜上增加胞外基质的厚度来监测细胞侵入结构的深度。韩国延世大学的朴宗哲和朴峰珠则发展出一套细胞跟踪系统。它是由计算机辅助的时间流逝显示微观复制系统，其中有影象形成过程软件，其程序编制含有自动影象分析和自设计CO2微小细胞培育器，它的功能是在一个倒置显微镜平台上，对于细胞迁移进行迅速而精确的分析，从而形成对于细胞的培育。目前已知他们运用这一计算机辅助系统计算了外细胞间质（ECMs）覆盖表面的细胞迁移过程。

斑马鱼是目前在该领域最常用于研究的生物。细胞迁移是脊椎动物胚胎发育的核心过程之一。细胞从原分裂生成的部位移动到目的部位就是细胞的迁移。斑马鱼有着很大的优势，首先是其胚胎能在母体外发育，速度快，受精24小时后身体的器官已大部分就位。而且斑马鱼繁殖量大，容易对之进行变异。还有其胚胎透明，在高分辨率快进摄影技术的帮助下，人们可以很好的观察到细胞迁移的过程，还可以利用绿色荧光蛋白（GFP）可以观察到细胞在斑马鱼体内的分布情况。

参与细胞迁移的分子

细胞迁移需要内外因素的配合。外部的因素指的是细胞外的信号分子。内部因素则指细胞的信号传导系统和执行运动的细胞骨架和分子马达，还有参与粘着斑形成的各种分子（关于参与形成粘着斑的各种分子请见突出与底质的粘着）。细胞外信号结合胞膜受体完成其使命后，需要细胞内信号分子接力，将运动信息进一步传给细胞迁移的执行单位——细胞骨架和分子马达。种类繁多的细胞内信号分子会相互作用，影响后述这两种分子的分布，结构和活性，达到精细调整细胞运动的目的。

信号分子

细胞外

在一定条件下，细胞外的化学信号能引发细胞的定向移动。这些信号有些时候是底质表面上一些难溶物质，有些时候则是可溶物质。信号分子有很多，可以是肽，代谢产物，细胞壁或是细胞膜的残片，但是作用方式却是一样的，就是与细胞膜表面上的受体结合，启动细胞内信号，完成一系列的反应，去激活或抑制肌动蛋白结合蛋白的活性，最终改变细胞骨架的状态。可溶物质通常不是均匀溶解在溶剂中，而是靠近源的区域浓度高，远离源的区域浓度低，形成所谓的“浓度梯度”。细胞膜上的受体可感受到那些被称为化学趋向吸引物（chemotactic attractant），并且逆着它们的浓度梯度去追根寻源。某些信号分子甚至会影响细胞移行的速度，这些信号分子则被称为化学趋向剂（chemokinetic agent）。细胞这种因化学分子改变自己移动的行为，被称为化学趋向性。例如盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）会逆着cAMP浓度梯度的运动。白血球也会受到一些细菌分泌的三肽化学物质f-Met-Leu-Phe（N-甲酰蛋-亮-苯丙氨酸）吸引而往细菌移动，发挥其免疫功能。而在胚胎发生中的神经嵴细胞则并非靠浓度梯度，而是路标物质识别其去向（请见下文“路标信号”一节）。

但是细胞外基质中也存在着一些蛋白，如硫酸软骨蛋白多糖（chondroitin sulfate proteoglycan）会与神经细胞的粘着蛋白起作用，对细胞迁移形成阻滞。它会抑制脊髓损伤患者神经损伤区域新突触的相连与再生。