Nature：重庆大学邓林红等发表细胞力学的新研究
生物谷报道：重庆大学最近从美国哈佛大学引进的高层次人才，该校“985工程”生物流变学与基因调控新技术研究院院长邓林红教授与同事们关于细胞在受到外加短暂拉伸后其力学和动力学行为的改变过程的研究获得重要发现，论文在国际顶尖学术杂志Nature上发表。
活细胞对短暂拉伸的响应，是一个存在争议的问题。虽然早期的文献曾有拉伸应变使细胞软化的描述，但是目前人们普遍认为拉伸会使细胞硬化或固态化。后者似乎得到许多实验观察和理论分析的支持。由于生命活动中无论是心脏的博动、动脉的收缩和舒张、肠道的蠕动，还是胸肺的呼吸都不断地对参与其中的细胞施加动态的拉伸作用，因此正确理解细胞对外加拉伸的相应行为肌肉收缩、创伤修复、肿瘤转移等许多重要生物医学领域都有十分重要的意义。 邓教授和他的同事们利用特殊的应变加载装置使细胞所附着的弹性基底产生均匀稳定的等双轴变形从而拉伸细胞，拉伸前后细胞的物理力学特性则通过光学显微影像跟踪、测量黏附在细胞表面的磁性微粒在给定磁场作用下的位移的方法来测量。实验发现活细胞在短暂拉伸后发生迅速软化和流体化，然后会像很多惰性物质一样慢慢重新硬化和固体化；而且，纳米尺度上的细胞骨架结构重构在细胞受到拉伸后也呈现显著的加速然后逐渐放缓，并且表现出不断老化的现象。 更为重要的是通过对多个不同种类细胞的测量，和对细胞施加多种不同的物理或化学处理后进行的测量，一系列广泛的实验表明活细胞对短暂拉伸有着统一的、不依赖于特定力学信号传导路径的物理响应特征，并与许多凝聚态物理所关注的软物质的非平衡热力学物理行为相似。这些新颖的细胞动力学行为的发现及其与凝聚态物理学的潜在统一关系为细胞生命科学的深入发展提供了新的挑战和机会，特别是对于在后基因组学和蛋白质组学时代如何正确理解包括细胞在内的复杂生命系统的生理病理机制提供了新的启发和思路，从而有可能开创全新的细胞生物学领域。
这一论文是邓林红教授继去年8月在Nature Materials上发表的论文后（原文检索： Fast and slow dynamics of the cytoskeleton. Nature, 5:636-640,August, 2006），又一篇在更高层次上发表的高水平论文，同时也是重庆大学和重庆市在该世界顶尖杂志发表基础研究论文零的突破。目前，邓林红教授正在积极建设重庆大学有关科技创新平台和出创新团队以进一步深入研究细胞的生物力学行为及其在有关重大疾病的生理病理学中的意义、探索疾病防治的新方法与新技术，为推动我国生命科学的进一步发展和科技自主创新能力的提升努力做出积极的贡献。
原始出处:
Nature 447, 592-595 (31 May 2007) | doi:10.1038/nature05824; Received 14 November 2006; Accepted 10 April 2007
Universal physical responses to stretch in the living cell
Xavier Trepat1, Linhong Deng1,2, Steven S. An1,3, Daniel Navajas4, Daniel J. Tschumperlin1, William T. Gerthoffer5, James P. Butler1 & Jeffrey J. Fredberg1
- Program in Molecular and Integrative Physiological Sciences, Harvard School of Public Health, Boston, Massachusetts 02115, USA
- '111 project' Laboratory of Biomechanics and Tissue Repair, Bioengineering College, Chongqing University, Chongqing 400044, China
- Division of Physiology, Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, Baltimore, Maryland 21205, USA
- Unitat de Biofísica i Bioenginyeria, Universitat de Barcelona-IDIBAPS, Ciber Enfermedades Respiratorias, and Institut de Bioenginyeria de Catalunya, 08036 Barcelona, Spain
- Department of Pharmacology, School of Medicine, University of Nevada, Reno, Nevada 89557, USA
Correspondence to: Jeffrey J. Fredberg1 Correspondence and requests for materials should be addressed to J.J.F. (Email: jeffrey_fredberg@harvard.edu).
With every beat of the heart, inflation of the lung or peristalsis of the gut, cell types of diverse function are subjected to substantial stretch. Stretch is a potent stimulus for growth, differentiation, migration, remodelling and gene expression1, 2. Here, we report that in response to transient stretch the cytoskeleton fluidizes in such a way as to define a universal response class. This finding implicates mechanisms mediated not only by specific signalling intermediates, as is usually assumed, but also by non-specific actions of a slowly evolving network of physical forces. These results support the idea that the cell interior is at once a crowded chemical space3 and a fragile soft material in which the effects of biochemistry, molecular crowding and physical forces are complex and inseparable, yet conspire nonetheless to yield remarkably simple phenomenological laws. These laws seem to be both universal and primitive, and thus comprise a striking intersection between the worlds of cell biology and soft matter physics.
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