肿瘤转移是导致癌症患者死亡的关键因素。在过去的数十年内,尽管研究人员投入了相当多的精力去研究肿瘤转移,但是对于少量肿瘤细胞如何有效地形成转移瘤,目前仍不清楚。根据本实验室2012年于Nature Materials杂志上发表的一篇文章,通过将小鼠黑色素瘤细胞(B16-F1)培养在三维纤维软胶中,我们可以筛选出一类具有高致瘤性的肿瘤细胞亚群(大约5～10%)。这类细胞高表达干性基因Sox2并低表达分化性基因Mitf,由于这类细胞不同于通过干细胞表面标记等传统方法筛选得到的肿瘤干细胞,因此,我们称这类细胞为肿瘤再生细胞(tumor-repopulating cells,TRCs)。这类细胞成瘤性极强,10个肿瘤再生细胞便可在免疫系统正常的同源甚至异源野生型小鼠体内形成转移瘤。但是由于小鼠组织的非透明性,我们无法使用小鼠模型来实时地观察肿瘤再生细胞在体内的转移过程。斑马鱼由于其机体良好的透明性,已经成为研究脊椎动物肿瘤转移的重要模式动物。在本文中,我们利用转基因斑马鱼为模型,研究了小鼠黑色素瘤细胞在斑马鱼体内的转移过程,并重点研究了转移的关键步骤——肿瘤细胞穿透出血管的过程。在本研究当中,我们将经过荧光标记的小鼠黑色素瘤细胞注射到受精后2天的Tg(flil:EGFP)(绿色荧光)或者Tg(kdrl:mCherry)(红色荧光)血管荧光化转基因斑马鱼幼鱼卵黄内。结果显示,相比于生长在二维硬基底表面的普通肿瘤细胞,经过三维纤维软胶筛选的肿瘤再生细胞更容易在注射部位生长、存活并且进一步转移到鱼体其他部位从而形成微转移瘤。肿瘤再生细胞的转移能力依赖于细胞中具有自我更新功能的Sox2基因的表达,当沉默Sox2基因表达的时候,肿瘤再生细胞的转移能力随即受到抑制。将肿瘤细胞注射到心包膜附近后,肿瘤细胞会在注射后的1小时内通过血管快速转移到斑马鱼尾部。高分辨率三维成像结果显示,肿瘤再生细胞比普通肿瘤细胞能更有效地穿透出血管从而形成微转移瘤。进一步研究显示,对于肿瘤细胞,无论是在体外穿透3 μm孔径的薄膜(transwell membrane)还是在体内穿透出血管,其过程均依赖于细胞的形变能力,而肿瘤再生细胞的高形变能力在一定程度上取决于细胞中Sox2基因的高表达以及Cdc42基因的低表达:细胞中Sox2基因的高表达会降低Cdc42基因的表达,从而导致细胞骨架中纤维形肌动蛋白(F-actin)的减少,所以肿瘤再生细胞更容易发生形变,最终促使肿瘤再生细胞能更有效地穿透出血管并形成转移瘤。综上所述,在恶性肿瘤转移的过程中,肿瘤细胞的形变能力是其穿透出血管的关键因素之一。