細胞粘附是指單個細胞粘附到另一個細胞或細胞外基質（ECM）上的能力，該過程是細胞最基本的生命活動之一，對于細胞增殖、維持活性、分化和遷移等具有關鍵作用。

粘附在細胞交流和調控的過程中發揮著不可或缺的作用，在組織的發育和維持中具有重要意義。了解細胞如何在多細胞生物體中相互作用并協調其行為非常重要。

被動體外細胞粘附是指細胞在培養瓶、培養皿等靜態培養基中的粘附過程。在靜態體外細胞-基質附著和擴散過程中，細胞在被動變形和細胞骨架主動重組的驅動下發生形態改變。整合素受體和異二聚體跨膜蛋白在細胞粘附和擴散過程中發揮著核心作用。特異性整合素結合不僅提供了細胞內肌動蛋白細胞骨架與ECM之間的機械連接，還提供了雙向跨膜信號通路。整合素可識別可溶性配體和不溶性ECM蛋白，它們之間的相互作用可調節細胞反應，如細胞骨架的形成。
 

圖1 體外細胞被動粘附示意圖[1]

 

初始附著后，細胞在基質上變平和擴散，細胞高度下降（細胞變平）和接觸面積增加（階段1）。接下來，細胞擴散到未擴散球形細胞的投影面積之外（階段2）。之后細胞將通過擴張達到盡可能大的擴散面積，粘附強度也將變得更強（階段3）。

體內細胞動態黏附
體內細胞的動態粘附是通過細胞表面受體與細胞外基質中其他細胞表面的配體或反受體之間的分子鍵來介導的。
 

圖2 體內細胞動態黏附示意圖[2]

 

體內細胞動態粘附的起初識別涉及 "對接 "階段，該階段發生在細胞與內皮細胞的滾動和細胞停滯之間。這一階段涉及的分子有細胞表面共軛物、選擇素、趨化因子或免疫球蛋白（Igs）。滾動的細胞從粘附受體和趨化因子受體傳遞信號，使細胞滾動速度減慢，然后停止，這是細胞通過血管移入下層組織的先決條件。
 
細胞黏附分子類別
細胞黏附分子（Cell Adhesion Molecules, CAMs）是細胞表面的蛋白質，負責細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質（ECM）之間的相互作用。
 
細胞黏附分子大致分為五大類：整合素（integrins）、選擇素（selectins）、鈣粘蛋白（cadherins）、免疫球蛋白超家族（IgSF）成員以及其他蛋白。

整合素：通過識別并結合細胞外基質中的特定配體（如膠原蛋白、層粘連蛋白等），介導細胞與基質的黏附。整合素還參與細胞信號轉導過程，影響細胞的增殖、分化、遷移和凋亡等生物學行為。

選擇素：是一類Ca²⁺依賴性黏附分子，主要參與白細胞與脈管內皮細胞之間的識別與黏附。它們通過識別并結合白細胞和內皮細胞表面的特定糖蛋白配體（如P-選擇素糖蛋白配體-1，PSGL-1），在炎癥過程中發揮重要作用。

鈣粘蛋白：以鈣離子依賴的方式介導細胞間的黏附，并參與細胞分化和遷移的調控。鈣粘蛋白在胚胎發育、組織形成和維持細胞極性等方面發揮關鍵作用。此外，鈣粘蛋白的異常表達還與多種疾病（如腫瘤）的發生和發展密切相關。

免疫球蛋白超家族：包括多種與細胞黏附相關的分子，如細胞間黏附分子（ICAMs）、血管細胞黏附分子（VCAM）等。這些分子在免疫應答、炎癥反應和腫瘤轉移等過程中發揮重要作用。

活細胞成像儀能夠實時、高分辨率地記錄細胞在特定環境下的黏附過程。通過熒光標記技術，研究人員可以標記細胞表面的黏附分子（如選擇素、整合素等），并使用活細胞成像儀監測這些分子在細胞間或細胞與基質間的相互作用。這種實時觀察有助于研究者揭示細胞黏附的分子機制和動態過程。

JuLI™ Stage監測細胞黏附發生過程&應用文獻案例
奎克泰生物的JuLI™系列活細胞成像分析系統，能夠置于培養箱中長時程監測細胞樣本的變化情況，不錯過任意關鍵變化點。JuLI™ Stage活細胞成像分析系統，可以任意選擇拍攝位點，配置明場和三色熒光（GFP/RFP/DAPI），自動聚焦&手動聚焦、圖像拼接、全孔成像、Z軸層掃等功能。另外還標配編輯軟件和數據處理軟件，能夠快速獲得所需要的視頻以及大批量處理數據，省時高效！JuLI™ Stage實現細胞生長、黏附過程中的實時監測和無損成像，通過明場/熒光細胞圖像，基于圖像分析軟件，鑒定細胞形態特征。

圖3 JuLI™ Stage活細胞成像分析系統置于培養箱示意圖

來自美國國立衛生研究院的研究人員在《Cancers》期刊發表名為“A Cell-Autonomous Oncosuppressive Role of Human RNASET2 Affecting ECM-Mediated Oncogenic Signaling”的文章。

 

在這篇文章中，研究者將細胞接種在5 μg/mL的纖連蛋白（mock/shRNASET2-OAW42）或5 μg/mL的 I 型膠原 （mock/tRNASET2-SKOV3）的包被上，使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統監測細胞黏附情況，共拍攝8h。拍攝結束后使用儀器自帶的分析軟件計算細胞的融合度并繪制曲線。結果表明細胞能夠粘附纖維連接蛋白，但不能粘附膠原蛋白[3]。
 

圖4 細胞黏附結果圖

 

參考文獻：
[1]Hong S, Ergezen E, Lec R, Barbee KA. Real-time analysis of cell-surface adhesive interactions using thickness shear mode resonator. Biomaterials. 2006 Dec;27(34):5813-20.
[2]Khalili AA, Ahmad MR. A Review of Cell Adhesion Studies for Biomedical and Biological Applications. Int J Mol Sci. 2015 Aug 5;16(8):18149-84.
[3]Roggiani F, Riva C, Raspagliesi F, Porta G, Valli R, Taramelli R, Acquati F, Mezzanzanica D, Tomassetti A. A Cell-Autonomous Oncosuppressive Role of Human RNASET2 Affecting ECM-Mediated Oncogenic Signaling. Cancers (Basel). 2019 Feb 22;11(2):255.