亚利桑那大学的研究人员发现了引起和调节细胞集体迁移的因素，这是一个在所有生物体中很普遍但是甚少被了解的生物过程。

该研究结果于2015年3月13日发表在Nature Communication上，它揭示了细胞迁移的机制，特别是在伤口愈合的过程中。这些结果代表了再生医学的重大进步。利用再生医学，生物医学工程师和其他研究者可以操纵细胞的形态和功能来创造新的组织甚至器官，用来修复、重塑或替换那些受损伤的组织器官。

“结果极大地增加了我们对组织再生调节的了解，提高了我们引导这一过程的能力”，亚利桑那大学机械和航空航天工程副教授，该研究的主要研究者Pak Kin Wong说。

“近年来，研究人员对细胞迁移的分子机制有了更深的了解，但仍然不知道是什么在第一时间引导了它的发生”，他说，“确切地说，是什么策划了这一所有生物体共有的系统？”

细胞的领袖

原来答案涉及到活细胞之间相互影响的生物机械作用力与生化信号之间微妙的相互关系。

研究人员发现，当机械力消失时，例如伤口部位的细胞被摧毁从而留下了空的、没有细胞的空间，一个被称为DII4的蛋白分子就会协调附近的细胞迁移到伤口部位并全体覆盖上去形成新组织。而且，他们发现，这个过程会导致相同的细胞分化成领袖和追随细胞。研究人员此前认为领袖细胞是随机形成的。

Wong的研究团队发现，当细胞集体往伤口处迁移时，领袖细胞会表达一种形式的信使RNA(mRNA)，这种DII4蛋白特异的遗传密码出现在细胞组或迁移的前端。领袖细胞相应地发送信号给那些不表达遗传信使的追随细胞。这个精致的自我调节系统一直保持激活状态直到有新的组织覆盖伤口。

用于伤口愈合和组织发育的细胞迁移过程同样也适用于癌症的扩散，研究人员指出。机械力和遗传信号结合可以刺激癌细胞集体迁移并入侵健康组织。

生物学家多年前已经知道领袖细胞和DII4蛋白的存在，并怀疑它们可能对细胞集体迁移很重要。但是领袖细胞是如何准确形成的，什么控制了它们的行为以及它们的遗传组成是什么，所有这些至今都还是谜。

广泛的医疗应用

Wong说：“知道领袖细胞的遗传组成并了解它们的形成和行为将会带给我们改变细胞迁移的能力”。

利用这一新发现，研究人员可以在细胞和分子水平重造人体组织形成的反应链。生物工程师们现在拥有了他们需要的信息，可以引导正常细胞治愈受损组织或阻止癌症细胞入侵健康组织。

该研究对那些患有一系列疾病的人们产生了重大影响。例如，该发现可能会通向更好地治疗那些长期不愈合的糖尿病伤口，这在美国可是下肢截肢的头号原因；更好地治疗动脉粥样硬化，这是心脏病的主要原因；减缓或阻止癌细胞扩散，这是它如此致命的原因。

这项研究也有潜力加快可以成功用于人类移植的生物工程再生组织和器官的发展。

关于研究

在Wong指导的亚利桑那系统生物工程实验室，研究人员用单细胞表达分析、计算机模拟以及时差显微镜技术相结合跟踪了人乳腺癌细胞中领袖细胞在体外的形成和行为，并在共聚焦显微镜下观察了小鼠体内上皮细胞的领袖细胞。

他们的工作包括通过药物、激光等手段操纵领袖细胞，看看它们会有何反应。

“令人称奇的是，当我们用激光摧毁个别领袖细胞时，新的领袖细胞很快出现在细胞迁移的前端并替代了它的位置”，Wong说，他把细胞迁移和领袖细胞形成的奥秘与大自然中的一些过程联系起来，例如大雁会呈“V”字型飞行，蚂蚁建立殖民地。