定义肌成纤维细胞的特征
形态学
20世纪70年代，Gabbiani及其同事[1,2,三]详细描述了收缩伤口肉芽组织中存在的改性成纤维细胞。通过电子显微镜（EM），这些成纤维细胞在形态上与“正常”成纤维细胞不同，存在平行于细胞长轴的大束微丝（而正常组织成纤维细胞很少或没有[1]. 这些微丝通常具有周期性延伸，以平行方向与外部纤维连接蛋白原纤维相连，称为纤维连接[4]. 细胞膜上进行这些连接的区域是电子密集的（后来被确定为焦点粘附点）[5]. 这些细胞缺乏真正的基底膜，而在细胞外膜（后来被确定为纤维连接蛋白）附近有一个不连续的电子致密纤维结构[6])具有广泛的粗面内质网，与成纤维细胞相一致，与分化的平滑肌细胞形成对比，细胞核折叠，暗示有收缩细胞。由于存在：1）平滑肌细胞中的EM结构的形态学特征，如密集的微丝和膜相关致密体[5,7]；2） 平滑肌α-actin抗血清的强免疫荧光染色[三]以及3）这些细胞收缩肉芽组织的能力[1,2,三]这些修饰的成纤维细胞表现为介于成纤维细胞和平滑肌细胞之间的表型中间物，被称为肌成纤维细胞。
肉芽组织中肌成纤维细胞最容易识别的形态学特征之一是存在显著的细胞质微丝[1,2,三]. 这些细胞骨架结构很容易被培养中的塑料或玻璃基质上的成纤维细胞生长所重现。令人惊讶的是，这些观察结果是在1899年的固定细胞中报告的（参见[8])，但作为固定过程中的人工制品被丢弃。在细胞培养中，这些微丝可以通过EM和光学显微镜看到[8]、和被确定为由聚合和捆绑肌动蛋白组成[9]. 由于正常皮肤成纤维细胞缺乏类似的微丝束[三,10]有人认为肌动蛋白丝的形成和肌成纤维细胞表型本身可能是细胞培养条件的产物，然而，随后体内和离体研究表明，在正常器官、正常肉芽组织、对局部损伤作出反应的组织以及以强烈纤维化反应为特征的组织中都存在肌成纤维细胞[11]. 这些早期的初步研究确定了肌动蛋白细胞骨架的结构对肌成纤维细胞的表型和形态学定义的重要性。四十年后在体外和体内研究将揭示这种结构对多种肌成纤维细胞功能的重要性（下文综述）。
肌成纤维细胞的基因表达特征
肌成纤维细胞的概念已远远超出其最初的形态学定义，相应地，对肌成纤维纤维细胞在正常伤口愈合反应和纤维化疾病异常组织重塑过程中所起作用的理解也有所增加。肌成纤维细胞参与基质蛋白的产生以及纤维化反应的自分泌和旁分泌介质，并在这些条件下表现出增强的细胞存活率[12,13,14]. 正在分化的肌成纤维细胞的基因表达谱发生了深刻变化[15]它既可以增强成纤维细胞作为收缩细胞的能力，也可以作为细胞外基质重组和重塑的效应细胞。
激活的肌成纤维细胞的基因表达重复是广泛的，所有修饰基因的完整目录超出了本综述的范围。然而，已经确定了几个关键基因，这些基因表征了肌成纤维细胞表型，并与肌成纤维功能建立了联系。虽然这些基因都不是肌成纤维细胞特有的，但它们有助于深入了解该细胞在组织损伤反应中的功能能力和作用。肌成纤维细胞分化与细胞外基质成分（如纤维连接蛋白）的显著上调有关，包括关键的剪接变异体EDA纤维连接[16,17]胶原蛋白的多种亚型[18,19,20]、蛋白多糖，如tenascin C[21,22]；基质金属蛋白酶及其抑制剂[23,24]丝氨酸蛋白酶，如组织型纤溶酶原激活物（t-PA）和尿激酶纤溶酶激活物（uPA）、纤溶酶原生质激活物抑制剂-1（PAI-1）[25,26]以及参与细胞-基质偶联的蛋白质，如整合素和糖蛋白受体。此外，组成增强的细胞收缩机制的基因也被深度上调[27,28]. 一种特别有趣的蛋白质是肌动蛋白细胞骨架的组成部分，即平滑肌相关肌动蛋白亚型，平滑肌（SM）-α-肌动蛋白（α-SMA）。虽然α-SMA最初被认为是组织限制性的（因此得名），但它也被鉴定为在伤口愈合和纤维化过程中由肌成纤维细胞表达的蛋白质[11,12,13,29,30,31]在这种情况下是肌动蛋白应力纤维的一个组成部分[32]. 历史上，α-SMA被广泛用作全分化肌成纤维细胞的生化标记物[11,12].
肌成纤维细胞的功能
肌成纤维细胞存在于多种对组织损伤的正常和异常反应中。肌成纤维细胞生物学可能发挥作用的临床条件和疾病状态示例包括对创伤和组织损伤的正常生理反应、对缺血/再灌注和血管闭塞或血栓形成的组织反应，以及异常伤口愈合障碍，如肺、肾、肝和心脏纤维化。肌成纤维细胞也已被鉴定体内在正常、无损伤的结缔组织中，它们作为调节正常器官功能的收缩细胞发挥作用。例如，肌成纤维细胞已在肺泡间质细胞、肠腺周细胞、肝窦周细胞以及其他细胞的亚群中被鉴定出来[33]. 为了应对组织损伤，例如皮肤（皮肤伤口）的机械组织破坏，肌成纤维细胞用于生产和重塑肉芽组织，产生基质成分，并最终促进伤口的收缩和闭合[三,14,34]. 虽然皮肤伤口闭合模型提供了组织愈合过程中肌成纤维细胞功能的最可靠信息，但其他形式的组织损伤也揭示了肌成纤维纤维细胞参与解决“伤口”。这包括：急性肺损伤临床综合征的纤维增生期，特征是感染或毒性损伤导致的弥漫性上皮损伤，随后是成纤维细胞增殖和受损和炎症肺泡结构的重塑[35]心肌梗死缺血损伤后的重塑反应，缺血组织的愈合导致心肌细胞替换成纤维瘢痕[36]以及对血管血栓形成的局部反应，其中肌成纤维细胞浸润到血栓中导致其组织和随时间的推移而稳定[37]. 肌成纤维细胞参与上皮性肿瘤周围的基质反应，在重塑正常组织基质中发挥重要作用，为癌细胞的侵袭创造更宽松的环境[14,33,38,39]. 最后，在疾病状态下的病理标本中也发现了大量的肌成纤维细胞，在这些状态下，最初的组织损伤可能是模糊的或暂时性的。这些疾病的主要特征是大量和无法解决的进行性纤维化。这类疾病包括特发性肺纤维化等实体[30]，肾间质纤维化[40]，肝硬化[41]Dupuytren挛缩[42]和增生性瘢痕[43].
虽然最初的组织损伤或破坏是所有这些疾病的一个组成部分，但肌成纤维细胞作为反应中发生的结构破坏和细胞外基质重组的中心介质。这是由于其作为以下物质的合成和分泌位点的作用：1）基质金属蛋白酶，其可以溶解预先存在的基质结构；2） 新的基质成分，有助于伤口愈合反应中发生的重塑；和3）两种基质金属蛋白酶的组织抑制剂，提供了基质累积的平衡。然而，除了单纯的合成细胞外，肌成纤维细胞的收缩功能允许新合成的基质成分的主动重组。这包括促进纤维蛋白原原纤维并入基质并重塑基质，以及通过等长收缩将张力传递给基质及其组成蛋白。
为了说明这些在纤维化条件下的不同作用，考虑特发性肺纤维化（IPF）的病理生物学，其中定义的病理损伤是成纤维细胞病灶，即位于受损基底膜管腔侧的线性排列的肌成纤维细胞集合。肌成纤维细胞的这种聚集已被确定为早期基质元素的合成位点，包括前胶原I和EDA纤维连接蛋白。成纤维细胞病灶的这些特征与皮肤伤口的病理学相似。与这些病理损伤直接相似的是上皮层紊乱或上皮脱落，提示以前的上皮细胞损伤[30]. 由此推测，肌成纤维细胞可能通过基质金属蛋白酶的局部表达而破坏基底膜[44,45]然后分泌高蛋白聚糖如透明质酸的临时基质[46]在原始基底层的管腔侧。这个新的基质“边缘”将成为成纤维细胞进一步迁移的场所。虽然在病理标本上很难解剖时间关系，但可能成纤维细胞随后会重建这个临时基质，表达早期胶原形式和EDA纤维连接蛋白（两者都与早期成纤维细胞病灶有关）。同时，表达蛋白酶抑制剂，如TIMPs，促进基质积累[45]. 随着成纤维细胞病灶的持续发展，肌成纤维细胞通过纤维纤维连接的形成以及成熟胶原形式的产生和掺入促进进一步的基质重塑。分化的肌成纤维细胞显示出较高水平的收缩力（由于肌成纤维收缩装置），这一过程导致肺部结构更加坚硬、紧凑。这样的例子表明，尽管以不同的疾病速度影响不同的器官，但肌成纤维细胞行为的许多组成部分仍然得以保留。
尽管肌成纤维细胞表型及其在上述疾病中的作用具有广泛的形态、生化和功能改变，但本综述的其余部分将集中于肌动蛋白应激纤维的形成及其在调节肌成纤维功能中的作用。
肌动蛋白应力纤维的组成和形成
最近发表了一篇关于肌动蛋白应力纤维组成的综合综述[47]，读者可参考本综述进行详细讨论。简而言之，肌动蛋白应力纤维是由聚合肌动蛋白丝束组成的[9,48]，与修饰的局部粘附复合物的位置相邻[4,6,49]提供与细胞外基质成分的跨膜连接。在基质和肌动蛋白细胞骨架之间形成关键连接的跨膜分子是整合素分子α和β亚基的异二聚体[50]. 在成纤维细胞和肌成纤维细胞中，异二聚体α5β1或αv（v）β三构成与突出肌动蛋白应力纤维相关的细胞接触部位的局灶黏附复合体形成相关的整合素[49,51,52]. 在细胞外表面，整合素受体与基质分子（如纤维连接蛋白或玻璃体凝集素）上的特异性（RGD）序列结合[50,53]，将细胞膜锚定在基质上。在细胞质表面，整合素附着和聚集后，一个局部粘附复合体迅速组装，由数种高丰度蛋白质组成，包括塔林、长春花苷和帕西林，以及以整合素相互作用和肌动蛋白相互作用域为特征的多种评估蛋白[50,51,52]. 整合素和许多相关的焦点黏附蛋白具有肌动蛋白结合域，形成焦点黏附复合体的细胞质表面充当肌动蛋白丝形成的成核部位。与焦点接触部位肌动蛋白聚合物的初始形成一致，几个与焦点接触的细胞质表面密切相关的蛋白质交联单个肌动蛋白丝，其中最重要的是α-肌动蛋白[54,55]. 虽然α-肌动蛋白定位于焦点接触部位，但它也沿肌动蛋白应力纤维的长度呈周期性分布，用于将单个肌动蛋白丝捆绑在一起，形成较大的肌动蛋白“应力纤维”。最后，非肌肉肌球蛋白沿着应力纤维周期性排列[56]与α-肌动蛋白结合位点交替，具有双重功能：1）增强肌动蛋白纤维束（via是交联作用），以及2）通过Rho依赖信号对肌动蛋白丝产生收缩力（有关应力纤维收缩的综述，请参阅[47,57,58]).
有趣的是，构成肌动蛋白应激纤维的特定肌动蛋白亚型影响其形成和功能。肌动蛋白有六种异构体，所有这些异构体都可以参与应激纤维的形成。其中四种亚型，α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）、γ-平滑肌肌肌动蛋白、α-骨骼肌肌动素和α-心脏肌动蛋白受到组织限制，而β-肌动蛋白和γ-肌动素在所有细胞中普遍表达[59]. 肌成纤维细胞具有细胞质β-和γ-肌动蛋白亚型，这两种亚型都参与肌动蛋白应激纤维的形成，肌成纤维母细胞亚群在基础状态下表达α-SMA亚型体内在细胞培养中。在增加等长张力的条件下或在转化生长因子-β1的刺激下，α-SMA在肌成纤维细胞群体中强烈诱导表达。当出现时，α-SMA迅速并入肌动蛋白应力纤维[32,60]并导致肌成纤维细胞产生收缩力的能力增强[61,62].
形成或维持肌动蛋白应激纤维所需的信号传导由小GTPase Rho家族成员介导[58,63]. Rho的抑制作用肉毒梭菌C3毒素导致肌动蛋白应激纤维的分解[64]. 同样，微量注射Rho蛋白会导致从头开始肌动蛋白应力纤维的组装[65]. 虽然RhoA是Rho家族蛋白成员，在肌动蛋白应力纤维形成中发挥着最重要的作用，但RhoA、RhoB或RhoC的异位表达可诱导肌动蛋白应力纤维形成[66]. 特别值得注意的是，从头开始在TGF-β诱导的肌成纤维细胞分化过程中，肌动蛋白应激纤维的形成需要Rho家族成员RhoB的表达[67]. Rho蛋白通过其效应物：丝氨酸/苏氨酸激酶ROCK1和ROCK2介导下游信号传导[68]或哺乳动物透明蚁族的成员，如mDia1。ROCK1和ROCK2可以不同地调节细胞内的靶点，ROCK1用于装配应力纤维，而ROCK2则是可有可无的[69]，但可能通过影响肌球蛋白轻链磷酸化和亚细胞定位，对肌球蛋白II介导的纤维连接蛋白基质组装更为重要[70]. 虽然存在formin家族的几个成员，但mDia1与应力纤维的形成有关[71,72,73]. ROCK1和mDia1都需要产生Rho刺激所见的特征性厚肌动蛋白应力纤维[72,74,75].
除了促进肌动蛋白成核和纤维组装外，依赖Rho的信号传导还最终导致肌球蛋白轻链磷酸化和肌球蛋白收缩[58,76]，有关详细信息，请参阅[47]. 这种平行信号传导也需要并促进肌动蛋白应激纤维的形成，因为抑制肌球蛋白丝组装、肌球蛋白ATP酶活性或肌球蛋白轻链激酶活性可以消除肌动蛋白胁迫纤维的形成[58,77,78,79,80].
细胞外基质对肌动蛋白应激纤维形成的控制
与成纤维细胞相互作用的基质环境对于诱导与肌成纤维细胞分化相一致的特征也至关重要，例如肌动蛋白应激纤维的形成。许多（但不是所有）正常组织中的成纤维细胞没有肌动蛋白微丝[1]由此推测肉芽组织的物理或生化特性可能会影响参与成纤维细胞的形态。使用可变形胶原蛋白凝胶基质进行研究，旨在模拟体内条件，进一步支持了这一假设[81,82]. 在漂浮的、未粘附的凝胶中，任何产生成纤维细胞收缩的张力都会迅速传递到凝胶基质，导致凝胶收缩。在这种情况下，细胞没有处于持续的张力下，也没有观察到肌动蛋白应力纤维[81]. 相反，在胶原基质中培养的成纤维细胞附着且不能收缩，肌动蛋白应力纤维迅速出现，与肌成纤维细胞形态一致[83]. 随后从附着物中释放这些相同的基质会导致肌动蛋白应力纤维的分解[83,84,85]. 在可变矩阵张力或力施加的其他模型中也观察到了类似的结果[86,87,88]. 因此，张力传递到成纤维细胞似乎在诱导肌动蛋白细胞骨架和促进肌成纤维细胞表型方面很重要[62,85,89].
基质张力向成纤维细胞的传递至少部分通过整合素（尤其是β亚单位，β1和β三)在局灶黏附复合体中发现，β1亚单位抗体的阻断导致肌动蛋白应激纤维的丢失和细胞的圆形[89]. 就肌成纤维细胞而言，局部黏附的特殊分子组成在介导力传递和肌动蛋白细胞骨架重排方面也可能很重要，因为α-SMA亚型向应力纤维中募集需要所谓的“超天然”局部黏附[90]. 虽然基质硬度可以诱导与肌成纤维细胞表型一致的变化，但它似乎也是转化生长因子-β1完全分化肌成纤维纤维细胞的必要先决条件，因为处理生长在浮动胶原基质上的细胞不会导致α-SMA的诱导或应力纤维的形成[89]. 单独的基质张力不足以实现肌成纤维细胞的完全分化，因为TGF-β1治疗进一步增加了刚性基质上肌动蛋白应激纤维的形成，以及具有完全分化肌成纤维母细胞特征的生化标记物的表达，如α-SMA。这些观察结果导致了“原肌成纤维细胞”和肌成纤维纤维细胞的概念，基质硬度导致形态学改变的形成，例如局部粘连扩大和肌动蛋白应力纤维的形成，以及TGF-β诱导α-SMA，肌动蛋白应力纤维进一步增强，局灶黏附复合体完全成熟，与完全分化的肌成纤维细胞一致[11].
基质本身的分子组成也会对肌成纤维细胞的分化产生重要影响。早期对转化成纤维细胞的研究表明，仅添加可溶性纤维连接蛋白就能诱导肌动蛋白应激纤维[91]. 此外，纤连蛋白EDA剪接异构体的存在是必需的，但不足以使肌成纤维细胞分化[16].
转化生长因子-β1（TGF-β1）对应力纤维形成的影响
TGF-β1是肌成纤维细胞分化的最有力和最成熟的刺激因子。TGF-β1可以自分泌或旁分泌的方式释放，并与其潜在激活蛋白和非活性状态的潜在结合蛋白以复合物的形式结合到细胞外基质中，与αv（v）含有整合素[92,93]. 在TGF-β1复合物的蛋白水解裂解或通过对相关整合素施加张力，TGF-[92,94]. 在TGF-β1的刺激下，成纤维细胞通过改变其超微结构作出反应，细胞骨架应力纤维形成增加[95,96]以及它们的基因表达谱从头开始表达细胞骨架和收缩蛋白，通常在平滑肌细胞中发现，修饰的黏附复合体[49,90,97]和细胞外基质的成分[11,18,19,98,99,100,101]. TGF-β1广泛参与了疾病组织纤维化的发病机制[102,103,104,105,106,107,108].
TGF-β1通过其跨膜受体丝氨酸/苏氨酸激酶典型地向磷酸化受体相关Smad蛋白（Smad2/3）发出信号，随后与共激活物Smad4发生异源三聚反应，并对复合物进行核移位，通过激活启动子上的Smad-binding元件（SBE）来驱动TGF-β响应基因的转录[100,109,110] (). TGF-β1还可以招募非Smad通路来激活MAP激酶ERK、p38和JNK。通过TGF-β受体招募衔接蛋白ShcA，然后刺激受体酪氨酸激酶常见的Ras介导的信号传导，TGF-？激活ERK[111] (). TGF-β激活JNK和p38 MAP激酶是通过TRAF6和TAK1结合蛋白（TAB）征募TGF-？活化激酶TAK1来实现的，TAK1激活JNK和p38的相应上游激酶（MEK）[112,113,114]. 此外，p38也可以通过与独立于MEK的TAB1直接相互作用而激活[115](). TGF-β也可以激活AKT，最初通过下调转录抑制因子Zeb2的miR-192的Smad依赖性表达，导致miR-216a和miR-217上调。miR-216a和miR-217下调磷酸酶和紧张素同源物PTEN的表达。因此，PIP3水平升高导致AKT激活[116,117] (). 最后，TGF-β的“非规范”信号也包括Rho小GTPases的激活，从而导致应力纤维的形成[118,119,120,121]，尽管这个过程可能间接依赖于Smad信号[122] ().
TGF-β信号通过Smads（A）和非规范信号传导，导致ERK（B）、JNK和p38 MAP激酶（C）、AKT（D）和Rho/应激纤维形成（E）的激活。
Rho的激活由一大类鸟嘌呤交换因子（RhoGEFs）介导，其活性由多种刺激物诱导[123]然而，至少在成纤维细胞中，TGF-β受体信号与RhoGEF没有直接联系。相反，TGF-β驱动内分泌和细胞内分子的Smad依赖性表达，进而促进Rho激活。例如，TGF-β1可以促进产生1-磷酸鞘氨醇（S1P）的鞘氨醇激酶-1（SK-1）的Smad依赖性表达，进而激活G蛋白偶联受体信号以激活RhoA，并通过白血病相关RhoGEF（LARG）激活α-SMA表达[124,125,126,127]. TGF-β还可以以Smad依赖的方式上调GEF的表达，包括Net1和GEF-H1/Lfc，后者介导TGF-α诱导的Rho活化[128,129,130]. 总之，这些研究可能表明TGF-β诱导的Rho活化和应力纤维形成可能由“非标准”介导，但Smad介导的机制。
肌动蛋白细胞骨架在肌成纤维细胞功能中的作用
焦点粘附组件
肌成纤维细胞中的焦点粘附（FA）复合体作为基质的锚定点，在基质与细胞之间提供稳定的连接，允许细胞内收缩力传递到周围基质，并随后进行组织收缩。局灶性粘连还充当肌动蛋白应力纤维形成和加强的成核部位，以及相关信号分子的支架[50,52,57]. 因此，局部粘附的形成和成熟是肌成纤维细胞分化的重要过程。
成纤维细胞等运动细胞中的局灶性粘附形成是一个复杂的过程，由跨膜整合素的连接和聚集以及通过rhoGTP酶的信号传导启动，从而诱导肌动球蛋白收缩和肌动蛋白应力纤维的形成[52,57]. 肌动蛋白收缩性和细胞内张力的产生是局部黏附形成所必需的，因为肌动蛋白伸缩性的特定抑制剂可以破坏肌动蛋白应力纤维的形成和局部黏附组装[58,80,131]. 同样，肌动蛋白细胞骨架的完整性对于这种形成是必需的，因为细胞松弛素或latrunculin A的破坏会导致局部粘连的消失[49,87,132]. 这些结果都与目前的局灶性粘连形成和扩大模型相一致，局灶性黏附形成和扩大依赖于通过肌动蛋白细胞骨架和肌动蛋白收缩传递张力[88].
Hinz等人在肌成纤维细胞分化模型中扩展了这一概念，表明α-SMA并入肌动蛋白应力纤维与肌成纤维母细胞中黏附复合体的扩大有关[97]以及阻止α-SMA并入应力纤维的阻断抗体阻止了局部粘连的进一步扩大，导致附着强度降低。这些观察结果与α-SMA亚型在肌成纤维细胞分化过程中，当α-SMA并入应力纤维时，肌动球蛋白收缩装置产生增加的收缩力的作用一致。这种增加的力可能被传递到焦点粘附部位，导致焦点粘附相关分子的进一步张力依赖性招募和组装。虽然组装需要肌动蛋白应力纤维产生张力并将其传递到焦点粘附部位，但负责响应张力差异而招募单个分子的机制尚未完全确定。一种潜在的机制是依赖于talin的vinculin与焦点粘附，其中talin分子的张力依赖性拉伸暴露了vinculin-结合位点[133]. 在黏附灶的组装和成熟过程中，这种机制是否更普遍，这是一个积极探索的领域[134].
运动细胞中黏附复合体/肌动蛋白应力纤维结合点的形成也与该部位的几个信号分子支架有关。这种结构允许将细胞外或细胞内的力转换为生化信号，即所谓的“机械传递”[51,135,136,137]. 这种“感应”机制通过配体与整合素（如β1-整合素）的结合以及整合素分子的聚集而激活[51]导致文丘林的招募（塔林）[133]、额外的局灶粘附相关蛋白和p125局灶粘附激酶（FAK）[138]. 广泛的酪氨酸磷酸化与FA的形成有关[57,139]，靶点包括SH2结构域上的多个FA相关蛋白[137,140]，下游效应器包括小GTPase、Rho和Rap1[141,142,143]. 酪氨酸磷酸化似乎是维持FA蛋白并将其额外掺入FA复合物所必需的，因为酪氨酸激酶抑制剂的抑制会导致FA复合物的分解[51,57,137]. 这些信号有无数下游靶点，影响细胞行为，如增殖、迁移和细胞存活，赋予肌动蛋白应激纤维/局灶黏附复合体在生化信号转导中的重要作用[144,145].
细胞外基质重组
肌成纤维细胞是创伤愈合过程中重组细胞外基质及其组分的活性细胞。特别是，许多数据支持成纤维细胞在纤维连接蛋白纤维组装和重塑中的作用[146,147,148]. 纤维结合蛋白是在成纤维细胞上发现的整合素的配体，尤其是α5β1[51,149,150]. 当成纤维细胞附着在ECM上时，整合素与纤维结合和受体聚集导致可溶性纤维结合蛋白并入基质[151]以及基质结合的纤维连接蛋白重组为有组织的纤维[152]. 在整合素附着的细胞质表面上，肌动蛋白丝的形成与局灶性粘连细胞外表面上纤维连接蛋白纤维的形成一致[152,153]. 重要的是，细胞松弛素B破坏肌动蛋白细胞骨架导致纤维连接蛋白原纤维的分散[152,154]表明纤维生成需要完整的肌动蛋白细胞骨架。以下观察结果表明，肌动球蛋白介导的收缩力和力的产生是纤维连接蛋白纤维生成的几个组成部分的先决条件，从而解释了这一发现。为了促进可溶性纤维连接蛋白并入ECM的原纤维，必须产生依赖Rho的张力，以将纤维连接蛋白从紧密构象转换为较不紧密构象[155,156,157]. 这一过程暴露了允许成熟纤维的纤维结合蛋白-纤维结合蛋白交联的分子模块[146,147]. Rho激活通过整合素依赖性信号传导或通过相关跨膜连接受体（如syndecan 4或tenascin-C）的激活发生[158,159]. 这些信号的最终结果是张力传递到纤连蛋白基质[155,156]组装纤维连接蛋白基质所需的[160]. 在由整合素α5β1组成并富含局灶黏附蛋白张力蛋白的特殊黏附部位，纤维粘连蛋白原纤维发生进一步重塑[161,162]. 随着时间的推移，这些粘附结构相对于肌动蛋白应力纤维介导的向心位错的ECM是可移动的[163]. 纤维黏附介导的纤维连接蛋白聚合物的拉伸作用是暴露纤维连接蛋白分子沿线的位点，从而进一步整合和基质重塑[146,148,164].
愈合伤口收缩
成人肉芽组织愈合的一个普遍特征是伴随肉芽组织成熟出现伤口收缩。此外，肉芽组织可以对可溶性激动剂产生收缩力[2]. 在完整的肉芽组织中，肌动蛋白应力纤维的出现与收缩力的产生有关[62]成纤维细胞收缩未捆绑的胶原凝胶需要完整的肌动蛋白微丝[85]. 胶原晶格的皱褶是由细胞骨架发育良好的细胞介导的，如成纤维细胞[165]细胞松弛素B或细胞松弛素D等试剂对肌动蛋白细胞骨架的破坏完全抑制了这种能力[81,166]. 此外，研究表明，孤立的应力纤维会因ATP和Mg而缩短++[167,168,169]表明肌动蛋白应力纤维具有缩短的内在能力。应力纤维收缩受非肌肌球蛋白的Rho依赖性调节控制[47,58]这与应力纤维有关[56]. 然而，在完整细胞中，应力纤维与局部黏附复合体紧密相关[6]产生等距张力[165]在局灶性粘连紧密结合到不动的基底上的情况下。肌动蛋白微丝的进一步重塑可以调节细胞培养系统中额外收缩力的产生[170]在完整的肉芽组织中[62]. 该系统用于进一步重塑肉芽组织基质元素（如纤连蛋白），并促进伤口闭合[11].
迁移期间尾巴缩回
虽然早期的研究表明肌动蛋白应力纤维的形成可能对迁移能力很重要，但随后的研究表明，肌动蛋白应激纤维产生的力超出了迁移细胞所需的力[165]. 具有强健肌动蛋白应激纤维系统（收缩表型）的细胞迁移较少[171]高度能动的细胞产生的牵引力最弱[165]. 肌动蛋白应激纤维形成的靶向破坏将细胞转化为更迁移的表型[172,173].
尽管如此，Rho依赖性肌动球蛋白的收缩对高度运动细胞的尾部收缩显然很重要[174,175,176,177]肌动蛋白应力纤维朝向运动方向[178,179]. 因此，应力纤维形成的定位对于调节迁移能力显然很重要。有关肌动蛋白应力纤维在迁移中的作用的详细讨论，请参见[47].
平移机械的国产化
除了肌成纤维细胞收缩和运动功能中肌动蛋白细胞骨架的功能性作用已得到充分证实外，新出现的证据表明肌动蛋白细胞骨架参与了基因表达的精确时空定位[180,181]. 这可能通过某些mRNA转录物（如β-actin mRNA）的调节细胞内定位来实现。所谓的mRNA定位“zipcode”假说是通过3'UTR内特定核糖核苷酸序列与细胞内RNA-结合蛋白的相互作用来实现的，允许特定转录物的亚细胞靶向区域从头开始需要基因表达[182]例如在迁移的成纤维细胞中形成跛足。这一过程在细胞形态发生中似乎很重要，并且在物种之间是保守的[183]. β-肌动蛋白mRNA的亚细胞靶向性是对生长因子的反应[184]是肌动蛋白应力纤维形成所必需的[185]和局部粘连[186,187]在成纤维细胞中，这一过程可能在由多种机制诱导的肌成纤维细胞分化过程中起作用。肌动蛋白和微管丝都与含有mRNA的拉链的运动有关[188,189,190]. 在成纤维细胞中，肌动蛋白丝与mRNA共同定位，通常位于局部粘连部位[186,187]而这种共同定位依赖于完整的肌动蛋白细胞骨架和肌动球蛋白的rho介导收缩[191] [192,193]. β-肌动蛋白mRNA向成纤维细胞边缘的募集可以通过应用整合素依赖性张力或通过血清刺激来诱导[184,193,194]. 此外，翻译装置本身的成分，如多核糖体[187,195,196,197,198,199]和伸长起始因子1a（eIF1a）[200,201,202,203,204]，定位于肌动蛋白细胞骨架，需要肌动蛋白丝的完整性来维持这种定位[205]. Zipcode binding protein-1（ZBP-1）是在真核细胞中发现的第一个与3'-UTR中的mRNA结合并通过与肌动蛋白的相互作用介导空间定位的蛋白。ZBP-1还通过抑制80S核糖体的形成起到翻译阻遏物的作用。细胞边缘附近SRC对ZBP-1的磷酸化导致ZBP1释放对β-肌动蛋白mRNA翻译的抑制[180]. 因此，含有zipcode序列的mRNAs的定位翻译需要蛋白质的协调运动，包括多核糖体、翻译机制和含有zipccode的mRNA通过肌动蛋白丝状物移动到亚细胞位置进行组装。一旦到达该位点，通过SRC介导的ZBP-1磷酸化介导翻译抑制的释放，从而使局部基因表达发生[180].
多聚体和相关mRNA调控靶向的一个潜在功能后果是细胞骨架蛋白的局部翻译，这些蛋白在细胞功能（如迁移）过程中对细胞极化或局部黏附形成很重要[206]. 这一点得到了在局灶性接触位点进行翻译的肌动蛋白细胞骨架中含有编码信使核糖核酸的拉链的直接可视化的支持[207,208]. 此外，使用靶向β-肌动蛋白mRNA邮政编码区的反义寡核苷酸破坏mRNA靶向性，导致在迁移过程中抑制跛足形成的方向性[209]. 此外，稳态mRNA靶向在正常细胞极性的形成和抑制转移潜能方面也很重要[210,211,212].
转录调控
肌动蛋白细胞骨架在细胞骨架基因表达的翻译控制中起到补充作用，积极参与调控编码细胞骨架和收缩元件的基因的转录活性。
肌动蛋白依赖性转录调控是通过肌动蛋白结合蛋白的亚细胞定位来实现的，肌动蛋白可以作为转录因子的辅激活因子。这种调节的最好例子是控制转录因子、血清反应因子（SRF）的活性。SRF是一种转录因子，在发育和平滑肌细胞分化过程中控制肌原基因的表达[213]. SRF对血清的反应最初显示依赖于小GTPase Rho的活性，它也重组肌动蛋白细胞骨架[214]. 随后，发现肌动蛋白动力学对SRF活性也是必需的，肌动蛋白聚合的诱导导致SRF依赖性基因表达的诱导[215]. 这种效应似乎取决于G（单体）肌动蛋白库的水平。最终，我们确定这种作用是由肌动蛋白结合蛋白MKL1/心肌相关转录因子-A（MRTF-A）介导的，该蛋白已知与单体肌动蛋白（G）有关[216]. 肌动蛋白聚合后（F-肌动蛋白形成），MRTF-A从单体肌动蛋白中释放并转移到细胞核，与SRF结合激活SRF靶基因。
这种信号机制提供了一种优雅的方式，通过这种方式，细胞外信号可以被转导到基因表达的效应中。这已经在成纤维细胞中建立了激素受体-配体相互作用，如LPA、磷酸鞘氨醇-1和内皮素-1，已知它们通过G蛋白偶联受体激活Rho蛋白发挥作用[217,218,219]. 其他证据支持该机制在粘附受体与相互作用中的作用，例如整合素介导的Rho在力传导过程中的激活[220]. 此外，TGF-β本身的非规范信号似乎激活了rho和MRTF-A易位，上调了肌成纤维细胞分化过程中SRF的表达和激活[221,222,223]. 在肌成纤维细胞分化过程中，细胞内含物破坏或TGF-β诱导的上皮-间充质转化也需要该途径[224,225]. 有趣的是，TGF-β诱导rho/actin/MRTF-A/SRF信号通路的成分，如G蛋白偶联受体激动剂、rho蛋白和rhoGEF以一种smad依赖的方式。通过这种方式，MRTF-A/SRF激活可能与肌成纤维细胞分化过程中的smad依赖基因表达互补，进一步增强了一部分SRF-依赖基因的表达，超出了smad单独诱导的水平，并可能启动该途径以供其他激动剂（如GPCR受体激动剂）额外激活该数据支持该信号通路的模型，将其作为促进肌成纤维细胞分化的各种细胞环境依赖信号的重要汇聚点。肌动蛋白/MRTF-A/SRF信号通路已被证明控制多种细胞系统中收缩器、黏附复合体和细胞骨架中的许多基因[226,227]. 鉴于细胞骨架完整性、收缩性和张力在促进肌成纤维细胞分化方面的重要性，SRF-依赖性基因表达可能是在伤口愈合和纤维化过程中促进这一转变的重要前馈机制。
最后，核肌动蛋白聚合物也可以与RNA聚合酶I、II、III相互作用[228,229,230]这种相互作用是转录起始所必需的。然而，目前尚不清楚聚合肌动蛋白或肌动蛋白的收缩性是否需要实现这一功能，或者细胞溶质肌动蛋白结构是否有助于调节这一功能[230,231]. 未来对核肌动蛋白在转录机制控制中的作用，以及转录因子和共激活物的定位的研究，很可能会对肌动蛋白在此亚细胞室中的功能产生新的见解。
总结和未来方向
肌动蛋白肌丝被鉴定为表征肌成纤维细胞表型的原始表型调制之一。早期推测，这种突出的细胞骨架结构在伤口愈合和纤维化过程中促进了肌成纤维细胞的机械功能，实验数据证实了其在迁移、收缩和基质重塑中的作用。最近的研究已经确定了肌动蛋白细胞骨架在机械刺激向生化信号转导以及转录和翻译调控中的其他作用。在介导这些效应的过程中，肌动蛋白细胞骨架是各种信号输入（包括基质成分、可溶性生长因子和体力输入）的中央集成商。作为对这些不同信号输入的响应，肌动蛋白细胞骨架可以调节细胞内和细胞外张力生成、局部粘附形成和基质重塑，以及导致细胞骨架、收缩性、局部粘附和基质基因表达增加的细胞信号，在伤口愈合过程中增强这些肌成纤维细胞的功能。鉴于这些不同的作用，介导这些反应的肌动蛋白相关分子是纤维形成过程中肌成纤维细胞行为调节的一个有吸引力的靶点。
未来的研究应揭示肌动蛋白细胞骨架是如何通过其作为支架的作用，使信号成分接近，从而激活局灶黏附复合体附近的生化信号的，或者可能通过张力依赖性募集的额外机制，导致信号分子的物理修饰，从而激活它们。需要进行更多的研究，以了解修饰细胞（如肌成纤维细胞）的适应性反应与传统细胞模型在局灶黏附复合体组装及其对基质相互作用的影响方面的差异。确定这样的差异可能会告诉我们如何最好地干扰肌动蛋白依赖性信号来抑制肌成纤维细胞反应，而不干扰组织内稳态。此反应中的一组潜在靶点是肌动蛋白/MRTF-A/SRF依赖性基因表达，已知其调节适应性收缩基因表达，但在肌成纤维细胞分化过程中诱导更广泛的粘附和基质相关基因也可能很重要。这种反应的关键成分的识别可能为广泛的纤维化疾病的干预提供新的靶点。
总之，自从肌动蛋白细胞骨架最初被确定为肌成纤维细胞的关键超微结构成分以来，它已被证明参与了对其功能至关重要的多种作用。未来的研究应阐明这些功能，并可能对异常纤维化反应的病理生物学产生有益的见解。
