目前,超过90%的癌症患者死亡原因是由于肿瘤的转移,肿瘤发生远端转移过程中,癌细胞会受到不同的机械力作用,如与其它细胞发生碰撞、血流产生的切应力。研究表明,切应力在调控肿瘤细胞的运动以及黏附过程中有着重要作用。Cav-1作为小窝结构上重要的组成成分参与调控多种细胞功能,其中包括肿瘤的发生与转移等。但是,在切应力条件下,Cav-1如何调控乳腺癌细胞粘附、骨架重构、运动及其相关信号通路仍然不清楚。因此本研究主要探讨Cav-1是如何介导切应力引起的癌细胞骨架重排及黏附能力的变化及其生物力学机制。在本研究中,选用高转移性的乳腺癌MDA-MB-231细胞为研究对象。首先从形态学上观察随着切应力作用时间的增加,细胞面积更大,EF值更大。细胞在运动的过程中,许多蛋白和细胞器会倾向于位于细胞前端来帮助细胞定向运动,高尔基体是其中之一。免疫荧光标记GM130实验表明,切应力作用1 h时,癌细胞极性无明显变化,对比切应力作用2 h组与static 2 h组,切应力组细胞极性明显增强。转染EGFP-vinculin来标记黏着斑,对比切应力加载1 h组与FAK inhibitor组发现,切应力一定程度上促进黏着斑的形成。接着,临床分析Cav-1与肿瘤恶性行为之间的关系,通过统计乳腺癌患者存活率发现高表达Cav-1的患者存活率较低。选取细胞系MCF-7,U-2OS,EMT6以及HeLa,通过划痕实验和Western blot实验发现Cav-1的表达量与运动能力呈现正相关性。细胞骨架实验结果表明,当沉默Cav-1后(shCav-1),与对照组(shCtrl)相比,细胞生成应力纤维较少,当切应力处理后,shCtrl组和shCav-1组应力纤维都明显增多。而用ROCK inhibitor(Y27632)处理MDA-MB-231细胞,骨架明显破坏,再加载低切应力后,细胞骨架发生重排,应力纤维重新产生,并且切应力也会导致细胞突出增多,有利于细胞运动。随后,通过延时摄影观察细胞的运动,发现对shCtrl组和shCav-1组,切应力都能使得细胞形态快速变换,因为细胞的运动伴随着形态的变化,因此切应力促进细胞运动。观察细胞运动轨迹,Cav-1高表达组细胞运动位移较大,运动速度较高。Western blot结果表明,在切应力的加载下,沉默Cav-1导致Filamin A表达上调,Cofilin及p-MLC表达下调,相应地,细胞运动能力较弱。再贴壁实验结果表明,Cav-1的表达与剪切力都不利于癌细胞的再贴壁,在plastic,Collagen I,Matrigel上均有同样的规律。进一步研究发现,Cav-1的表达使得Src,p-Src,FAK,p-FAK表达均较高,有利于癌细胞的黏附与运动。光漂白实验证实,沉默Cav-1后,黏着斑的运动速率较低,而细胞的运动需要黏着斑不断地动态解聚与组装,因此Cav-1的表达促进细胞的运动。最后,分别通过MTS实验和流式细胞术实验发现,Cav-1的表达不直接影响细胞增殖,凋亡以及周期,但是对于Cav-1高表达组,Src inhibitor和ROCK inhibitor能大幅降低癌细胞的存活率。RT-PCR检测integrin各亚型的mRNA表达,发现切应力的加载不会使得β1 integrin的mRNA表达改变,但是β1 integrin会内化进细胞膜内与Cav-1共定位。免疫荧光标记active-β1 integrin,切应力的短时间加载使得整体活化的整合素增多,长时间又恢复至原水平。分析Z轴荧光强度发现,5 min时,膜表面的活化整合素明显较多,10 min时活化整合素进入细胞质。研究表明,在切应力的处理下,Cav-1通过ROCK/p-MLC调控细胞骨架的重排,从而促进细胞的运动。Cav-1也通过FAK/Src信号通路调控黏着斑的动态变化也从而促进细胞的运动。