乳腺癌作为女性中最高发的癌症之一,其发病群体逐渐呈现年轻化趋势,其中肿瘤的转移是大多数患者预后较差的主要原因。在乳腺癌的发展进程中,通常伴随着细胞外基质（extracellular matrix,ECM）的异常沉积、交联、重塑及组织刚度的增加。基质刚度作为肿瘤微环境（tumor microenvironment,TME）中最重要的力学信号之一,对肿瘤细胞的远端转移和继发病灶的形成有着深远的影响。然而,之前关于癌症的研究主要聚焦于TME中的生化信号对肿瘤细胞恶性行为的影响。近年来,越来越多的研究表明,ECM的力学特征在肿瘤的发生与发展中也扮演着极其重要的角色。癌症作为由多种基因调控的复杂疾病,涉及众多的信号分子和通路,因而对肿瘤的发生和转移机制进行探究具有重要的意义,这有助于抗癌药物分子靶点的筛选和确定。因此,本论文不仅探讨了基质刚度对乳腺癌细胞运动行为和力学特性的影响,而且对其潜在的分子机制进行了深入的探究。本论文基于乳腺癌发展进程中ECM力学特征的改变,选用高转移性的乳腺癌细胞系MDA-MB-231作为主要研究对象,利用PAA（polyacrylamide,PAA）水凝胶制备弹性模量为10 k Pa（软）、38 k Pa（硬）和57 k Pa（刚）的细胞培养基底,分别用于模拟早期肿瘤组织、恶性肿瘤组织以及发生骨转移后形成的刚性转移灶,成功构建与乳腺癌发展不同阶段基质刚度相当的体外培养模型。另外,采用玻片这种传统的细胞培养材料作为对照组。研究结果发现,硬基底以整合素β1激活FAK的方式介导力学信号传递。亚细胞结构观察表明,硬基底能通过促进细胞骨架的重构驱动细胞运动前端膜突起的产生,进而形成较为宽大的板状伪足和许多的丝状伪足,从而调控细胞腹侧黏着斑的成熟及牵引力的极化分布。划痕实验、transwell侵袭小室和单细胞延时摄影结果显示,硬基底上的细胞具有较强的迁移和侵袭能力,在单位时间内运动的速度、路程、位移都显著高于其它组,并且运动的方向性更强。我们进一步的实验发现,基质刚度通过Rho A/ROCK信号通路调节乳腺癌细胞的生物力学行为,其中ROCK亚型差异性参与对这一过程的调控。具体而言,ROCK1和ROCK2分布于特定的细胞骨架结构,即ROCK1主要与F-Actin共定位于细胞背侧的肌动球蛋白束,而ROCK2则更多地与F-Actin共定位于细胞边缘膜突起处。分子机制研究显示,ROCK1通过调节MRLC的磷酸化,促进细胞内牵引力的产生;而ROCK2通过调节cofilin的磷酸化,促进细胞骨架的动态组装。这表明,基质刚度分别通过Rho A/ROCK1/p-MRLC和Rho A/ROCK2/p-Cofilin这两条信号通路,共同调控乳腺癌细胞的定向运动。上述结果表明,基质刚度能通过影响细胞骨架的力学响应性调节肿瘤细胞的运动性。因此,我们在第二章工作的基础上,对非肌肉Ⅱ型肌球蛋白（nonmuscle myosin II,NMII）这种为骨架重构提供收缩应力的马达蛋白在迁移细胞中的分布、功能以及作用机制进行探究。研究结果发现,硬基底有利于NMIIA在细胞前端的定位和活化,并通过调节其重链末端在S1916位点的磷酸化调控细胞前端黏着斑的成熟和周转、板状伪足形成以及应力纤维装配;与此同时,硬基底还有助于NMIIB在细胞后端和核周的聚集,并通过调节其重链末端在S1935位点的磷酸化调控细胞内牵引力的产生和极化分布。分子机制研究显示,NMIIA的磷酸化受到Rac1/PAK1信号通路的调节,并在基质刚度调控的细胞迁移中占据主导地位;NMIIB的磷酸化则与PKCζ的活性有着直接的关系。以上结果表明,基质刚度通过亚型特异的方式介导NMII重链的磷酸化,从而调控肿瘤细胞的定向迁移。综上所述,本论文的研究表明,基质刚度通过整合素β1激活FAK的方式介导力学信号传递,并在ROCK和NMII亚型的共同作用下调控细胞骨架的重构,诱导细胞恶性迁移表型的转化,从而促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭。本论文阐明了基质刚度调节乳腺癌细胞运动性的过程和调控机制,为癌症转移的临床研究和治疗提供了新的靶点与启发。