细胞外基质硬度在细胞行为调控与疾病进展中的作用
陈锡莹 伊莉 李姝璨 胡懿文 谢珊珊*
细胞外基质(extracellular matrix, ECM)是细胞外部的重要结构成分, 其不仅为组织提供物理支撑, 还通过生化和力学生物学信号调控细胞行为。近年来的研究表明, ECM硬度(stiffness)作为关键的生物物理特性, 能够显著影响细胞的形态、增殖、分化、迁移和代谢等基本生物学过程。细胞通过整合素(integrin)、踝蛋白(talin)和黏着斑蛋白(vinculin)等机械传感器感知ECM硬度, 并通过微丝骨架(actin cytoskeleton)-核骨架(nuclear cytoskeleton)机械转导通路激活YAP(Yes-associated protein)/TAZ(transcriptional coactivator with PDZ-binding motif)等关键信号网络来调控基因表达, 进而影响细胞命运。ECM硬度的变化在生理和病理过程中均发挥重要作用。例如, 在胚胎发育和组织稳态过程中, ECM硬度决定干细胞的分化方向, 并影响细胞群体的机械协调行为; 在癌症、器官纤维化、心血管疾病等病理状态下, 异常的ECM硬化或降解可驱动疾病进展, 促进ECM重塑、细胞可塑性变化及免疫微环境改造。此外, ECM硬度还可影响癌症免疫治疗的疗效, 抑制T细胞浸润, 并影响药物渗透性。因此, 针对ECM硬度的干预策略, 如靶向基质金属蛋白酶的ECM软化治疗, 正成为精准医学和个性化治疗的新兴方向。未来, 结合单细胞组学、空间转录组学及生物力学分析, 解析ECM机械信号在组织微环境中的动态变化, 将有助于构建ECM-细胞相互作用的时空图谱, 并为重大疾病的诊断与干预提供创新策略。
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