形成细胞骨架的微管、微丝和中间纤维使细胞质形成有组织的、动态性的空间结构，对细胞形态的改变和维持、细胞内物质运输、细胞运动、细胞的分裂与分化、细胞外信息跨膜传导及应答反应等具有重要的作用，是生命活动不可缺少的细胞结构。随着细胞生物学研究的深入，以及超高清晰显微成像技术的快速发展，人们对细胞骨架蛋白的认识不断提高，新的骨架相关蛋白相继被发现。骨架蛋白在真核细胞的普遍存在及其众多的生物学功能，决定其与疾病发生、发展及治疗等密不可分，因此骨架蛋白成为医学研究的重要和热点领域。细胞骨架成分的异常可引起很多疾病，如神经系统疾病、心血管系统疾病、消化系统疾病、遗传性疾病、肿瘤、免疫紊乱等；不同细胞骨架在细胞内的特异性分布可用于对一些疑难疾病的诊断，也可根据细胞骨架与疾病的关系来设计一些特异性的药物。

心肌缺血可直接导致各种细胞骨架成分的损伤，其中收缩蛋白的损伤发生最早。缺血 10min时即可观察到肌球蛋白、肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白的分布出现扰乱，20min时完全扰乱；而微管蛋白和结蛋白的改变在缺血120min后才可明显观察到；纽蛋白对缺血的抵抗力最强，在不可逆性损伤的缺血心肌细胞中，可观察到纽蛋白的明显减少或消失。缺血时心肌细胞骨架蛋白的变化先于超微结构的改变，而且骨架蛋白的损害明显影响受损的心肌细胞的结构和功能的恢复。

短暂缺血后的再灌注可破坏心肌的微管网络。缺血-再灌注过程中出现的心肌顿抑（一种可逆性的心肌收缩功能的降低，指再灌注后冠脉流量已经恢复或接近正常，此时尽管没有不可逆损伤，但仍存在机械功能异常。）也可能是由于细胞骨架蛋白的降解而导致的肌丝功能的异常，而且蛋白降解的程度往往与损伤的严重程度成正比。

有关缺血及再灌注导致心肌细胞骨架的损伤机制尚不十分清楚，现在学界认为可能与缺血期和再灌注期Ca ²⁺浓度升高、钙依赖蛋白酶激活以及肌纤维对Ca ²⁺敏感性的降低有关。一些研究已证实：钙离子可诱导猴肾细胞、成纤维细胞及培养的大鼠心肌细胞中微管断裂；Ca ²⁺超载可导致肌钙蛋白与其他心肌蛋白出现交联；缺血肌纤维对Ca ²⁺敏感性的降低可能导致心肌结蛋白的降解。

钙依赖蛋白酶的激活是心肌骨架蛋白降解的重要机制之一。钙激活中性蛋白酶（calpain）是一种在心肌细胞中表达的钙激活蛋白激酶，此酶的激活可引起细胞骨架蛋白分子降解，这可能是导致缺血-再灌注后肌丝蛋白水解的原因。在离体心脏模型中，calpain活性在缺血-再灌注后增加，而各种酶抑制剂可以阻止心肌顿抑的产生。在顿抑的豚鼠心脏，可观察到由Ca ²⁺激活细胞内中性蛋白酶而导致α-辅肌动蛋白、结蛋白、肌钙蛋白等的降解，从而导致收缩功能障碍。

此外，心肌缺血收缩还可牵拉细胞骨架，细胞水肿时心肌细胞膜外推的机械作用也是心肌细胞骨架损伤不可忽视的原因。

细胞骨架不仅具备保持细胞形态，还具有参与细胞内蛋白激酶磷酸化级联反应等生理功能，因此可以推测，细胞骨架可能参与了牵张刺激心肌肥大反应的信号通路。实验结果证实，细胞骨架解聚剂可能通过抑制由牵张刺激引起的心肌细胞生长因子自分泌，从而部分抑制由牵张刺激引起的心肌细胞肥大反应。

心肌肥大时心肌细胞的横切面积及长度将增加，并伴有结构蛋白的异常表达及其功能的改变，这些变化与心肌舒缩功能的减弱有密切的联系。

Schwartz等的研究发现，压力负荷引起心肌肥大时出现骨骼肌型肌动蛋白mRNA的异常表达；在培养的肥大心肌细胞离体实验中，刺激细胞的α ₁-肾上腺素能受体能引起肌动蛋白异构体的转录，骨骼肌型表现优先。由于骨骼肌型肌动蛋白主要存在于胚胎及新生动物心肌中，并与提高心肌收缩能力有密切关系。因此有学者认为，肥大心肌可能试图通过增加骨骼肌型肌动蛋白的异常表达来增强其收缩功能。

在压力超负荷动物模型中，研究者还发现肥大的心肌细胞有收缩功能障碍及顺应性降低，同时伴有微管蛋白总量及聚合态微管蛋白含量的增多，细胞骨架的僵硬度增加，且在晚期心力衰竭心脏尤为明显。目前认为，肥大心肌细胞中微管蛋白合成及稳定性增加是细胞骨架僵硬性增加和心肌细胞收缩功能障碍的重要原因。在心力衰竭早期，微管蛋白的集聚可以对抗作用于心肌细胞的牵张阻力。而在晚期不可逆阶段，微管蛋白虽然大量集聚，但不足以代偿因收缩蛋白成分丧失而导致的收缩功能障碍，反而增加受损心肌细胞的黏滞阻力，阻碍肌小节正常运动，导致心肌收缩功能进一步恶化。

心肌结蛋白可对抗外界牵张阻力，其缺乏或功能障碍可导致心肌细胞变性。结蛋白和心力衰竭之间关系也十分密切，在心肌肥大的过程中，结蛋白含量明显增加。压力超负荷使肥大豚鼠心肌细胞中结蛋白转录及翻译水平上调。肥大心肌细胞中结蛋白含量的增加可能是心肌细胞对抗细胞外牵张阻力以维持肌小节正常功能的代偿性表现。

心肌巨丝蛋白缺乏也会导致心肌细胞收缩功能减弱及心力衰竭的发生。在衰竭的心肌细胞中由于缺乏巨丝蛋白，可引起肌小节弹性下降，心肌细胞的僵硬性增加，使心功能进一步恶化。

原发性扩张型心肌病是以心脏扩大和心力衰竭为特征的心肌疾病。已有大量资料证明，原发性扩张型心肌病的发生可能是由于编码细胞骨架蛋白的基因突变，基因突变对细胞骨架蛋白功能有间接影响所致，提示原发性扩张型心肌病也是一种“细胞骨架病”。已证实心肌骨架蛋白基因包括抗肌萎缩蛋白（dystrophin）、抗肌萎缩蛋白相关的糖复合物（dystroglycan）、肌纤维膜糖蛋白复合物（sarcoglycan）等的突变与原发性扩张型心肌病的发生有关。

中间丝蛋白具有多种功能并广泛地相互作用，肌细胞内特异性中间丝蛋白、肌间线蛋白在肌细胞中具有维持肌细胞结构和功能完整的作用。肌间线蛋白和αβ-晶状体蛋白基因突变与骨骼肌和心肌细胞病变相关，该病变的主要特征是骨骼肌和心肌细胞内中间丝蛋白、肌间线蛋白聚积致心肌或骨骼肌细胞失去收缩功能。人类的骨骼肌病和心肌病发病与染色体2q35突变引起常染色体显性或隐性遗传，也存在散发病例，不同患者的表现存在很大差异，发病机制不完全清楚。

神经元骨架包含三种类型神经丝即肌动蛋白微丝、微管和中间丝，每种类型的神经丝在不同神经元、神经元的不同发育和生长时期发挥不同的作用。在神经轴突中含量最丰富的是中间丝。骨架蛋白的结构、表达和功能异常可以引起很多神经性疾病。大多数家族性神经系统退行性疾病，往往是由于老化、炎症、代谢、应激等各种原因引起细胞骨架蛋白的表达异常或翻译后的异常修饰，继而引起骨架蛋白结构、分布及功能异常，导致神经元的细胞结构、细胞内物质运输、蛋白变性和聚集、突触可塑性等异常，出现神经功能失调，甚者引起神经元的死亡。其中运动神经元功能异常往往引起骨骼肌萎缩，造成瘫痪；脑中枢神经元功能异常出现记忆、情感、感觉及运动功能的障碍。

在阿尔茨海默病（俗称老年性痴呆症，Alzheimer disease，AD），淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）和早老素（presenilins）基因突变可导致异常骨架蛋白聚集在老年斑块内，引起神经元骨架结构的失调。此外，AD患者的神经元中微管聚体缺乏，可见到大量损伤的神经原纤维，它们由成对的螺旋状中间丝组成，并含有过度磷酸化的 tau蛋白。尽管微管与其成分单体α-微管蛋白和β-微管蛋白是平衡的，在一个神经细胞中微管蛋白的总量也可能是正常的，但聚合的功能微管却减少。因为微管是轴浆流必需的细胞骨架，所以AD中微管聚体缺陷，轴浆流也逐渐减少而引起轴突丧失，神经原纤维缠结体形成，从而使神经信号传递紊乱。而且由于轴突变性，其摄取功能大为降低。因此，神经元的细胞体只能从其支配的靶区获得有限的营养因子。同时，由于逆行运输流不充分，使运输至神经元细胞体的营养因子极少，进而导致细胞体通过凋亡的方式死亡，而细胞体的死亡必然进一步加速突触丧失。

微管不仅存在于神经突起中，也存在于神经元的细胞体。在胞体中，微管的作用除了有丝分裂之外，还参与细胞器的组建。当微管不稳定时，高尔基体发生溃解，这无疑将对蛋白质的翻译加工造成严重影响，甚至可能涉及淀粉样前体蛋白的产生。关于神经元的微管结构、功能异常和蛋白质在神经元内异常聚集的机制，至今仍不清楚。有人认为 AD脑中微管相关蛋白tau的翻译后异常修饰，如磷酸化、糖基化、糖化、硝基化及乙酰化等，引起tau结构和分布改变，进而导致tau蛋白生物学功能改变、影响微管结构和功能，是神经元出现进行性退行变并引起脑功能退变。tau蛋白是一种微管结合蛋白，能稳定神经元的微管轴索束。对患者脑脊液分析发现，AD患者脑脊液中tau蛋白含量明显高于非AD患者和正常人，提示AD患者神经元中存在tau蛋白的积累，但AD的tau突变尚未发现。AD患者脑中tau蛋白都有过度磷酸化，过磷酸化的tau蛋白可动摇或溃解微管，引起微管网萎陷。在电镜下，变性的神经原纤维丝状物呈现为螺旋、卷曲或直线状。在光镜下观察，最为常见的是聚集成束而形成的不溶性神经纤维缠结，它们是AD病理学的特征性标志，主要由tau蛋白组成。

与tau蛋白异常相关的其他神经系统疾病还有帕金森病、肌强直性营养不良和Down综合征等，其共同特点是存在有tau的异常形式包括突变、过度磷酸化tau蛋白形成的神经纤维缠结。与神经丝蛋白异常相关的神经系统疾病有帕金森病和AD等；与结蛋白异常相关的有中轴突病、中心核肌病和杆状体/棒状体病等。

中间丝是成熟的神经元中最丰富的细胞骨架蛋白，它们发生突变和（或）聚积与一些神经退行性疾病相关，现有研究发现中间神经丝网架异常可以直接引起神经退行性病变。胶质细胞中间丝蛋白，胶质细胞原纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）是一种神经胶质细胞内含量最多的中间丝蛋白，其突变引起 GFAP在细胞中聚积，导致亚历山大病（Alexander disease，AXD）。AXD 是一种罕见的脑白质病变，该病是一种进行性、致死性白质病变，其主要临床表现为进行性巨脑症、癫痫发作和认知功能损伤。根据发病年龄该病分为三种类型：婴儿型（2岁前发病）、青少年型和成年型。

肌萎缩性侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis，ALS），又称葛雷克症（Lou Gehrig disease），是一种由上运动神经元和下运动神经元损伤之后，导致包括球部（即延髓所支配的肌肉）、四肢、躯干、胸部及腹部的肌肉进行性肌无力和萎缩，患者一般没有认知功能障碍。该病全球发病率为 1/10万～2/10万，目前无有效治疗方法，一般发病后3～5年死亡。该病 90%病例为散发，10%为常染色体遗传，研究发现遗传性ALS患者中约20%是由于铜/锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn superoxide dismutase 1，SOD1）突变所致。该病的发病机制复杂，目前认为神经中间丝的结构和功能异常引起的神经元轴突转运障碍，继而引起运动神经功能障碍。运动神经元中间神经丝病变的机制目前尚不清，目前认为可能与中间神经丝及其相关蛋白的基因变异、翻译后的异常修饰、氧化应激等因素有关。

糖尿病病性神经病（diabetic neuropathy）是一种糖尿病慢性并发症，糖尿病的神经病变可以广泛累及外周神经系统，对感觉神经轴突损伤明显重于运动神经纤维。糖尿病神经病变的主要特点是：神经传导速度减慢、明显的神经轴突转运障碍、轴突萎缩和神经再生能力降低。尽管糖尿病神经病的发病机制还不完全清楚，但现有研究证实神经突触骨架结构异常（特别是神经中间丝）是外周神经损伤的主要原因。

正常胆道括约肌细胞含有大量排列整齐、集结成束的微丝，这是胆道括约肌产生“高压带”以调控胆流的重要结构基础。这一特殊骨架结构的构型或数量的变化，必将影响到胆道括约肌的收缩功能，进而对整个胆道系统产生重大影响。因此胆道括约肌细胞骨架的改变对于目前胆道括约肌功能紊乱及胆结石成因等的解释均具有重要意义。

平滑肌α-肌动蛋白参与了细胞外基质的产生。在肝纤维化间隔形成时，表达平滑肌α-肌动蛋白的细胞比肝纤维化发生的早期明显增加，提示在肝纤维化形成过程中，贮脂细胞骨架蛋白的表型向平滑肌α-肌动蛋白转变，平滑肌α-肌动蛋白的表达可能与肝纤维化的进程有关。

细胞骨架蛋白及其结合蛋白在肾脏固有细胞中表达水平、分布、组装及去组装形式均与细胞的表型转化密切相关，在某些肾脏疾病中特定细胞骨架蛋白在不同部位的过表达和分布变化与疾病的病理生理进程有关。目前对细胞骨架的研究主要侧重于对其表达水平的研究上，而对于疾病状态下细胞骨架蛋白的调控因素及其改变与细胞功能变化的关系所知甚少。例如：

肾小管上皮细胞在发育过程中表达波形蛋白，表明其为间充质来源细胞。随着发育的进展，波形蛋白的表达逐渐减弱并消失，成熟的肾小管上皮细胞则表达上皮细胞标志物角蛋白。在缺血后肾小管上皮细胞出现波形蛋白的再表达，意味着细胞的去分化，可能是提示细胞再生的早期标志，由此可见，细胞骨架蛋白的变化对急性肾小管坏死的病理生理进展和恢复过程均极为重要。

胚胎期肾小球系膜细胞表达平滑肌α-肌动蛋白并活跃增生，并分泌大量细胞外基质，而成年肾小球系膜细胞无或仅有极少量平滑肌α-肌动蛋白表达，且成年后肾小管平滑肌α-肌动蛋白表达与间质纤维化高度相关。肾炎时平滑肌α-肌动蛋白表达细胞的出现标志着肾小管上皮细胞的转分化和肾间质肌纤维细胞增多，可能是肾间质纤维化病变进展的标志。糖尿病性肾小球平滑肌α-肌动蛋白阳性细胞的数量与肾小球系膜增生密切相关，间质平滑肌α-肌动蛋白阳性细胞和间质纤维症之间存在密切相关。有学者认为，与肾功能相关的间质纤维化的最好相关参数之一是平滑肌α-肌动蛋白在间质的表达量。

细胞骨架蛋白的改变与气道平滑肌的机械特性及收缩性密切相关。肺泡Ⅰ型上皮细胞中角蛋白-7的表达可能与物质转运有关；肺泡Ⅱ型上皮细胞中角蛋白-7的表达可能参与表面活性物质分泌释放，而Clara细胞中角蛋白-7的表达可能与分泌物的释放有关；细胞骨架在巨噬细胞中表达与巨噬细胞形成伪足，变形运动以及在抗原呈递中起重要作用。

近几年的研究发现上皮细胞角蛋白和波形蛋白的过度表达与癌的发生有关，临床上可根据细胞角蛋白的异质性表达或过表达来诊断癌的组织起源，有助于对癌的准确诊断和采取有效的治疗措施。如原发性肺癌均有角蛋白-7的免疫阳性，从结肠转移到肺的腺癌中角蛋白-7为阴性，而角蛋白-20为免疫阳性。

某些遗传性疾病的患者常有细胞骨架的异常或细胞骨架蛋白基因的突变。

对与细胞骨架蛋白有关的遗传性疾病的了解起源于血影蛋白结构与功能异常所引起的一系列先天性溶血性贫血，如遗传性球形红细胞增多症（hereditary spherocytosis）和遗传性椭圆形红细胞增多症（hereditary elliptocytosis）等。这些疾病可以表现为部分血影蛋白缺乏或血影蛋白的功能性缺陷，从而导致红细胞骨架的破坏。

镰状细胞贫血也是一种典型的遗传性分子病，患者的血红蛋白β肽链上的单一谷氨酸被缬氨酸置换而发生异常，使患者缺氧、钙离子增加、ATP含量显著减少。并引起肌动蛋白纤维发生变化，导致微丝发生改变，细胞膜变形，整个红细胞盘状扭曲呈镰刀状。

中间纤维异常也与一大批遗传疾病有关，最典型的例子是人类遗传性皮肤病，即单纯性大疱性表皮松解症 （epidermolysis bullosa simplex，EBS）。EBS是由于表皮细胞层表达的角蛋白-14基因突变而破坏了这类细胞的角蛋白中间纤维网，因此对机械性损伤非常敏感，即使一点轻微的压挤便可使突变的基底细胞破坏，受害者的皮肤起瘢痕。同样的情况可以在转基因小鼠表达这类突变角蛋白时出现。在人类或在小鼠，凡带有这种突变基因的个体都变得很脆弱，甚至死于机械创伤。同类病变还有表皮松解型角化过度症及表皮松解型掌趾角化病等，而与它们相关的突变基因不止1个。

Wiskott-Aldrich综合征（WAS）是 X连锁隐性遗传的免疫缺陷疾病，其特征是血小板减少、湿疹及反复感染，同时并发不同程度的细胞免疫和体液免疫缺陷。WAS患者的细胞骨架蛋白异常明显，表现为T淋巴细胞的微丝异常，微绒毛数量减少，血小板和淋巴细胞变小，提示WAS的根源是微丝的异常。

不运动纤毛综合征是一种先天性纤毛异常，在婴儿表现为呼吸道疾病，在成年期表现为男性精子不育，其发生与患者的呼吸道上皮细胞及精子纤毛的轴丝中二联微管的动力蛋白臂先天缺失有关。

近年研究发现一些先天性肌肉疾病由于细肌丝或其相关蛋白基因突变所致。如杆状肌病（nemaline myopathy，NM）是一种临床上多变的先天性骨骼肌肌病，其发病由细肌丝或细肌丝相关蛋白突变所致。α-骨骼肌肌动蛋白基因 ACTA1（α-skeletal actin，gene：ACTA1），β-原肌球蛋白基因TPM2（β-tropomyosin，TPM2），α-原肌球蛋白基因TPM2（α-tropomyosin slow，TPM3），伴肌动蛋白基因（nebulin，NEB），骨骼肌肌钙蛋白基因（skeletal troponin T slow，TNNT1）和丝切蛋白基因（cofilin 2，CFN2）发生突变均可引起杆状肌病发生。该病的主要临床特征为肌张力降低，表现为近端重于远端，肌张力低下，腱反射减弱，可累及颈部屈肌，累及颜面肌者出现细长面容、缺乏表情、高腭弓、关节过伸展等，其严重程度差别很大，从新生儿致死性到迟发缓慢进展型，而且疾病的严重程度与基因突变的类型没有明显关系。该病的超微病理特点：肌细胞质和（或）核内高电子密度的杆状结构。先天性肌纤维类型不均衡（congenital fiber type disproportion，CFTD）是一种罕见的先天性肌病，该病组织学特点是肌细胞内没有明显的蛋白聚集，分为Ⅰ型肌纤维（慢肌纤维）营养不良和Ⅱ型肌纤维（快肌纤维）营养不良，目前认为 ACTA1、硒蛋白 N（selenoprotein N，SEPN1）、TPM3 和兰尼碱受体 1（ryanodine receptor 1，RYR1）基因突变与其发病密切相关，但多数患者的遗传基础不清楚。

微丝骨架构成肌肉收缩结构的主要部分，微丝成分肌动蛋白与其结合蛋白的异常表达影响肌肉细胞结构和功能的异常。如有的肌肉肉瘤细胞缺失α-肌动蛋白或α-辅肌动蛋白，细胞能够融合形成肌管但不能发育形成肌节结构。α-辅肌动蛋白的羧基末端剪切突变可诱发肌肉杆状体病的表型，形成肥大性Z盘。一系列心肌肌节蛋白突变表达与肥大型心肌病有关，如β-肌球蛋白重链、心肌肌球蛋白轻链、心肌肌球蛋白调节轻链、α-辅肌球蛋白、心肌肌球蛋白结合蛋白等。

肿瘤细胞的主要特点是细胞形态改变，生长与增殖的失控，有侵蚀组织及向周围及远处转移的能力。细胞骨架在细胞的生命过程中充当重要角色，细胞恶变时细胞骨架异常的结构和功能是导致肿瘤失控的重要因素。

肿瘤细胞内微丝束破坏和消失，肌动蛋白发生重组，形成成片的肌动蛋白凝聚小体，聚集分布在细胞表层。体外试验病毒转化细胞或癌基因过表达的转化细胞，伴随正常微丝应力纤维网架破坏、消失，形成肌动蛋白小体。结肠与盲肠腺癌患者前臂皮肤的纤维母细胞内肌动蛋白微丝束减少。

肌动蛋白重组小体的出现率与肿瘤的浸润转移有相关性。肿瘤细胞内微丝束和其末端黏着斑破坏，能使细胞黏附能力减弱，细胞变圆，并进一步导致应力纤维丧失，细胞分裂、细胞存活、细胞与基膜失去依附而易于转移，因此与肿瘤细胞的浸润转移有关。例如，研究发现LIM激酶对细胞骨架蛋白肌动蛋白和微管蛋白具有重要调控作用，因此，该激酶可以调控很多正常的细胞过程，如细胞质分裂、细胞存活、细胞增殖和分化、细胞迁移和神经元功能。LIM1高表达与多种肿瘤细胞高侵袭密切相关，研究发现高表达LIM1激酶可以引起肿瘤细胞的迁移和侵袭能力增强，反之可以抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭，因此，LIM1可能成为抗肿瘤转移和组织侵袭的有效药物靶点。针对微丝和微管的肿瘤化疗药物，如长春碱、秋水仙碱和细胞松弛素等，虽然具有抑制肿瘤细胞增殖和诱导细胞凋亡的作用，但是由于这些药物对微丝或微管的作用缺乏选择性，药物的毒副作用很大，影响其对肿瘤的治疗。因此，阐明特异性细胞骨架蛋白及相关蛋白分子的作用和开发高特异性和选择性针对特定细丝或微管蛋白药物，是目前抗肿瘤化疗药物开发的方向。

肿瘤细胞中的微管数量显著减少，网架紊乱甚至消失。对胃癌、鼻咽癌、食管癌、肺鳞癌、肺小细胞癌、肺腺癌和小鼠肉瘤等肿瘤细胞的研究表明，肿瘤细胞质内免疫荧光染色的微管减少甚至缺如，但肿瘤细胞内的钙调蛋白为正常细胞的两倍。这可能是由于钙调蛋白抑制了微管蛋白的聚合使微管数目减少，微管的分布排列也发生紊乱，使肿瘤细胞的形状和细胞器的运动均发生异常。癌细胞微管的变化主要发生在间期，而在分裂期，纺锤体微管与正常细胞相同。微管破坏率也与癌的浸润转移有相关性。此外，微管和微丝可作为肿瘤化疗药物的靶点，如长春碱、秋水仙碱和细胞松弛素等及其衍生物可作为有效的化疗药物抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡。另外，绝大多数肿瘤细胞通常继续表达其来源细胞的特征性中间纤维类型，即便在转移后，也仍表达其原发肿瘤的中间纤维类型，因此临床上可用于正确区分肿瘤细胞的类型及其来源，有助于肿瘤的诊断和治疗。利用中间纤维的鉴别技术与羊膜穿刺技术结合，还可以应用于产前诊断。如当发现羊水中含有神经胶质纤维蛋白或神经丝蛋白的细胞时，即可判断胎儿具有中枢神经系统的畸形。

此外，近年的研究发现微管蛋白翻译后修饰与肿瘤对化疗药物抗药性和疾病的发展密切相关，现在已经发现的微管翻译后修饰包括：谷氨酰胺化（glutamylation）、糖化（glycation）、磷酸化、乙酰化（acetylation）和酪氨酸化（tyrosination）等，研究已经确定了引起上述微管蛋白修饰的相关酶，但对这些修饰所引起的具体微管蛋白功能改变和如何影响肿瘤抗药性等问题目前仍不清楚。

肿瘤细胞中的中间纤维的形态、超微结构和免疫学特征均与正常细胞表现相同，仅在化学组成上有所改变。研究发现：癌是以角蛋白为特征的，肌肉瘤是以结蛋白为特征，非肌肉瘤是以波形蛋白、神经胶质瘤是以神经胶质纤维酸性蛋白、交感神经来的肿瘤是以神经纤维蛋白为特征的。

癌细胞骨架改变相应的机制有不少提示，尚未发现有关基因DNA水平的证据。

细胞骨架在维持细胞膜结构和功能、与骨架蛋白与膜蛋白作用和链接及跨膜信号转导中发挥重要作用。如T淋巴细胞神经细丝骨架异常，引起细胞膜受体信号通路异常，抑制淋巴细胞的激活和迁移，引起免疫系统功能降低和免疫缺陷。actin骨架异常引起免疫缺陷的机制复杂，目前认为actin通过影响IL-2的分泌或抗原呈递细胞主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC）与T细胞受体间的联系，从而抑制正常的细胞免疫应答而导致免疫功能缺陷。

衰老机体各种细胞的特征主要表现为功能低下，细胞骨架在结构和功能上的改变是造成细胞与机体衰老的重要环节。衰老的小鼠腹腔巨噬细胞内肌动蛋内微丝较年轻小鼠同种细胞内微丝数量减少；衰老动物神经元中的微管数目明显减少，影响神经细胞的各种功能，特别是降低神经细胞运动的能力，故老年人和动物的衰老首先出现神经系统疾状。

老龄肌肉中骨骼肌丧失约1/3的质量与力量，其原因还不清楚，但可能与卫星细胞的再生能力有关，这种状况能够通过基因治疗得到改善。一种胰岛素生长因子在肌肉内过表达能够使卫星细胞活化，刺激肌肉再生，这对抗衰老提出了新的研究方向。