近日來自清華大學(xué)航天航空學(xué)院生物力學(xué)所、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院北京呼吸疾病研究所以及加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員在細(xì)胞外基質(zhì)彈性誘導(dǎo)干細(xì)胞世系分化的研究取得重要進(jìn)展。相關(guān)的研究論文“Integrin activation and internalization on soft ECM as a mechanism of induction of stem cell differentiation by ECM elasticity”（整合素活化及內(nèi)吞是細(xì)胞外基質(zhì)彈性誘導(dǎo)干細(xì)胞分化的一種機(jī)制）發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

 

不同彈性的細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular Matrix， ECM）可以誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞分化為成神經(jīng)細(xì)胞、成肌肉細(xì)胞、成骨細(xì)胞等，這一神奇的現(xiàn)象自2006年一經(jīng)發(fā)表，就引起全球眾多科學(xué)家的關(guān)注。5年來，國際生物力學(xué)界數(shù)年來一直不斷探索其機(jī)理。最近這個迷人的問題有望得到解答。

 

細(xì)胞感受ECM彈性的過程是細(xì)胞將感受到的力學(xué)刺激轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)信號的過程。該過程稱為細(xì)胞力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。細(xì)胞通過黏著斑與ECM黏附。黏著斑由一系列信號分子構(gòu)成，并在胞質(zhì)中與細(xì)胞微絲骨架相連。這些信號分子在力學(xué)刺激作用下可產(chǎn)生構(gòu)象變化，從而觸發(fā)激酶活化、磷酸化位點(diǎn)暴露、信號分子胞內(nèi)運(yùn)輸和受體配體結(jié)合強(qiáng)度改變等一系列分子事件。在這些信號分子中，整合素在已知的多數(shù)力學(xué)信號感知過程中都起到關(guān)鍵作用，是力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的重要起點(diǎn)。

 

研究人員在論文中闡述了細(xì)胞外基質(zhì)彈性誘導(dǎo)干細(xì)胞世系分化的研究的重要進(jìn)展：較軟的細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular Matrix， ECM）易使整合素-基質(zhì)蛋白復(fù)合物解離，從而觸發(fā)整合素分子被細(xì)胞內(nèi)吞，導(dǎo)致骨形態(tài)蛋白受體的亞細(xì)胞定位發(fā)生改變，使其下游信號通路被抑制，最終誘導(dǎo)干細(xì)胞向神經(jīng)系分化。力學(xué)分析表明：材料的彈性變化影響了整合素-基質(zhì)蛋白復(fù)合物上的加載速率，因此影響了該復(fù)合物的解離力。

 

清華大學(xué)航天航空學(xué)院生物力學(xué)所的教師楊春與加州大學(xué)圣地亞哥分校的錢煦教授為這篇論文的共同通訊作者。該項(xiàng)研究由自然科學(xué)基金和科技部“973”項(xiàng)目等資助。