局灶性粘附（fas）是復(fù)雜的多蛋白結(jié)構(gòu)，通過(guò)將細(xì)胞骨架連接到細(xì)胞外基質(zhì)（ecm）來(lái)介導(dǎo)細(xì)胞粘附，并通過(guò)翻譯肌動(dòng)蛋白應(yīng)激纖維上的外力來(lái)促進(jìn)細(xì)胞遷移。根據(jù)其數(shù)量、大小和組成，結(jié)合肌球蛋白-ii的收縮力，fas 作為機(jī)械傳感器將機(jī)械力從細(xì)胞骨架傳遞和傳導(dǎo)到ecm。細(xì)胞將來(lái)自周圍環(huán)境的機(jī)械線索轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)生化信號(hào)的能力在機(jī)械活性組織（如心?。┲兄陵P(guān)重要，其中協(xié)調(diào)的肌肉收縮取決于適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能和電耦合。在心臟組織內(nèi)，機(jī)械力通過(guò)稱為肋節(jié)的專用fa復(fù)合物傳遞到肌動(dòng)球蛋白。肋節(jié)能將肌細(xì)胞膜，與肌原纖維、細(xì)胞外基質(zhì)、還有肌纖維上特點(diǎn)的點(diǎn)位（肌節(jié)）連接起來(lái)，加強(qiáng)肌細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，在一定程度上保護(hù)它們免收外力損傷。
黏著斑蛋白（vinculin）是一種膜細(xì)胞骨架蛋白兼粘著斑組成蛋白，參與整合素粘附分子連接到肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架，在調(diào)節(jié)fa形成和周轉(zhuǎn)中起關(guān)鍵作用，將肌節(jié)錨定在細(xì)胞膜上。事實(shí)上，在擴(kuò)展形式（活性狀態(tài)）下，黏著斑蛋白與踝蛋白（talin）相互作用，直接影響整合素聚集，從而影響fa成熟。此外，在fas中限制黏著斑蛋白決定了樁蛋白（paxillin）的募集，而樁蛋白反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了參與fa形成的其他蛋白質(zhì)的募集和相互作用。
研究證據(jù)都證實(shí)了黏著斑蛋白在肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)中的重要作用，不僅在維持心臟組織的適當(dāng)功能方面，而且在心臟形態(tài)發(fā)生方面。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，心肌中黏著斑蛋白的缺失導(dǎo)致粘附連接、間隙連接和結(jié)締組織的不穩(wěn)定，導(dǎo)致機(jī)械和電耦合不足。
整合素是介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)黏附作用的主要因子，可以和其他因子產(chǎn)生協(xié)同作用，如局灶性黏附激酶（fak）。此外，fas也是張力依賴性細(xì)胞變化的主要調(diào)節(jié)因子。在心臟形態(tài)發(fā)生過(guò)程中，機(jī)械力是調(diào)節(jié)心臟分化所必需的。
為了提供更多關(guān)于fas在細(xì)胞分化和細(xì)胞機(jī)械穩(wěn)定性中的調(diào)節(jié)方面的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，意大利東方皮埃蒙特大學(xué)健康科學(xué)學(xué)系研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)曾集中探討了黏著斑蛋白和fak在h9c2心肌細(xì)胞中的作用。研究?jī)?nèi)容發(fā)表在 international journal of molecular sciences 期刊題為“cardiac differentiation promotes focal adhesions assembly through vinculin recruitment”。
首先，通過(guò)gata-4、mef2c、nkx2.5等心肌細(xì)胞的標(biāo)志物的基因表達(dá)檢測(cè)h9c2細(xì)胞的成肌分化。結(jié)果顯示，在分化開始時(shí)兩個(gè)早期心臟標(biāo)志物gata-4和mef2c在4 天后表達(dá)上調(diào)。相反，心臟轉(zhuǎn)錄因子nkx2.5在分化第7天才顯著表達(dá)。為了進(jìn)一步證實(shí)心肌細(xì)胞的分化，檢測(cè)了心肌肌鈣蛋白t（ctn t，一種參與心肌細(xì)胞功能成熟的蛋白）的表達(dá)，結(jié)果顯示，其在第7天顯著上調(diào)。獲得的結(jié)果證實(shí)了h9c2心肌細(xì)胞的正常分化。
鑒于fas在心肌形成過(guò)程中的作用，接下來(lái)研究了部分黏著蛋白（adhesion proteins）的存在、定位和激活。
fak是整合素信號(hào)途徑中的重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，在參與心肌形成的多種信號(hào)通路的匯合中起著節(jié)點(diǎn)的作用。fak被激活時(shí)表現(xiàn)為磷酸化，其中，tyr397是fak的一個(gè)關(guān)鍵位點(diǎn)，該磷酸化可招募src家族激酶，進(jìn)而促進(jìn)參與心臟分化的其他信號(hào)通路。蛋白質(zhì)印跡評(píng)估了fak的活化，顯示分化細(xì)胞在第4天和第7天的pfak顯著增加。抗fak ab染色結(jié)果顯示，肌動(dòng)蛋白相關(guān)的fak信號(hào)在分化細(xì)胞中變得更加明顯。
此外，還通過(guò)檢測(cè)fas的主要成分之一黏著斑蛋白來(lái)研究fa的形成和h9c2分化。通過(guò)蛋白質(zhì)印跡分析總蛋白和亞細(xì)胞部分黏著蛋白表達(dá)和膜募集，結(jié)果顯示，7天后分化細(xì)胞中的黏著斑蛋白表達(dá)和募集顯著增強(qiáng)。
分化7天后，觀察細(xì)胞的形態(tài)變化（長(zhǎng)度）和每個(gè)細(xì)胞的fas數(shù)量（圖1）。細(xì)胞呈典型的心肌細(xì)胞樣貼壁細(xì)胞形態(tài)，具有局灶黏附紡錘狀特征。此外，隨著時(shí)間的推移和分化，fas中黏著斑蛋白的信號(hào)更加明顯，證實(shí)了上述結(jié)果。值得注意的是，形態(tài)測(cè)量分析顯示分化7天時(shí)fas的長(zhǎng)度顯著增加，而且每個(gè)細(xì)胞檢測(cè)到的fas數(shù)量更高。
圖1 通過(guò)黏著斑蛋白（紅色）染色獲得的h9c2細(xì)胞形態(tài)。圖像表示4（a）和7（c）天的對(duì)照細(xì)胞以及4（b）和7（d）天的分化細(xì)胞。白色箭頭表示粘連中的黏著斑蛋白。
最后，為了強(qiáng)調(diào)fas在心臟表型中的重要性，h9c2心肌細(xì)胞在生長(zhǎng)和分化培養(yǎng)基中承受5%伸長(zhǎng)率和1 hz頻率的循環(huán)機(jī)械應(yīng)力4和7天。結(jié)果顯示，機(jī)械拉伸后，細(xì)胞定向和排列平行于張力方向（圖2）。這些數(shù)據(jù)表明，機(jī)械拉伸可翻譯心肌細(xì)胞中的定向信號(hào)。
此外，評(píng)估了h9c2分化過(guò)程中fas的表達(dá)，結(jié)果顯示，分化細(xì)胞和機(jī)械應(yīng)力刺激的細(xì)胞的細(xì)胞膜中有很強(qiáng)的黏著斑蛋白信號(hào)，而在對(duì)照細(xì)胞中，黏著斑蛋白的存在主要與細(xì)胞質(zhì)有關(guān)。有趣的是，形態(tài)計(jì)量學(xué)分析顯示，代表分化細(xì)胞在第7天形成的fas長(zhǎng)度的高斯曲線發(fā)生了顯著變化（圖3）。這些數(shù)據(jù)證實(shí)了fas的形態(tài)重組與機(jī)械應(yīng)力之間的比例相關(guān)性。
圖2 h9c2心肌細(xì)胞在靜態(tài)（a、b）和動(dòng)態(tài)（5% 底物變形，1 hz頻率）條件下（c、d）維持7天的形態(tài)特征。黑色箭頭表示拉伸方向。
圖3 在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)（5% 基質(zhì)變形，1 hz頻率）條件下，在生長(zhǎng)和分化培養(yǎng)基中生長(zhǎng)7天的h9c2粘連的形態(tài)分析（長(zhǎng)度）。
圖4 圖形概要
通過(guò)fas激活的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)通路高度參與心肌細(xì)胞分化，從而證實(shí)了它們?cè)诩?xì)胞骨架重排（cytoskeleton rearrangement）和心肌肌絲成熟（cardiac myofilament maturation）中的作用。
綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)確定了fas對(duì)細(xì)胞骨架（f-肌動(dòng)蛋白）重排的重要性，從而對(duì)心肌細(xì)胞分化產(chǎn)生了強(qiáng)烈影響。此外，fas在傳遞心臟功能所需的機(jī)械線索方面發(fā)揮作用，概述了肋狀體（cotamerares）和fas在維持心臟收縮力方面的積極影響。fa組裝缺陷與多種心臟疾病有關(guān)，如心肌病。這些發(fā)現(xiàn)為心血管組織工程和再生提供了有價(jià)值的見(jiàn)解，強(qiáng)調(diào)了fas在心肌細(xì)胞分化過(guò)程中的關(guān)鍵作用，從而表明它們作為改善心肌病結(jié)局的再生靶點(diǎn)的潛在應(yīng)用。然而，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以充分了解機(jī)械應(yīng)力、fa 變化和心臟分化之間的聯(lián)系。
參考文獻(xiàn)：carton f, casarella s, di francesco d, zanella e, d'urso a, di nunno l, fusaro l, cotella d, prat m, follenzi a, boccafoschi f. cardiac differentiation promotes focal adhesions assembly through vinculin recruitment. int j mol sci. 2023 jan 26;24(3):2444. doi: 10.3390/ijms24032444. pmid: 36768766; pmcid: pmc9916732.
原文鏈接：pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36768766/
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