納米機械力引發細胞自噬

　　機械力刺激在細胞生長、分化與通訊等重要生命活動中發揮關鍵作用。近年來，機械門控離子通道蛋白Piezo的發現為在分子水平理解機械力對于生物體的作用奠定了基礎。然而，如何在單細胞水平定量分析機械力對于細胞效應的作用仍然是一個難題。近日，上海交通大學樊春海院士、邵志峰教授與中國科學院上海高等研究院胡鈞研究員、李賓研究員等合作，建立了基于原子力顯微鏡-熒光顯微鏡聯用的平臺，可在單細胞和細胞群水平精確施加納米機械力刺激，并實時觀察了細胞的自噬響應。該工作以“Nanomechanical Induction of Autophagy-Related Fluorescence in Single Cells with Atomic Force Microscopy”為題，發表于Advanced Science雜志。

　　自噬（autophagy）是細胞組分降解與再利用的基本過程，是細胞演化出的重要“清潔”機制之一，對維持細胞內穩態至關重要，并與癌癥、神經退行性變、自身免疫性疾病等諸多疾病相關。之前的研究已表明，針灸可以通過機械力刺激促使特定器官進入自噬狀態，從而對機體產生治療作用。因而，在單細胞水平、納米空間尺度上定量研究機械力與細胞自噬的關系，有著重要意義。本研究建立的在納米尺度上對單個活細胞進行精確力學刺激的方法（“納米針灸”），為探索細胞自噬與機械力刺激的關系提供了一個可靠的模型和定量研究平臺。實驗中觀察了在納米力作用下單細胞的自噬響應，并觀測到相鄰的接觸和非接觸細胞中自噬體形成、降解和傳導的過程。研究發現，細胞的自噬響應水平與機械力的大小與作用面積密切相關。而相鄰細胞通過縫隙連接依賴機制亦可產生自噬響應，這表明機械力刺激下的細胞自噬過程存在遠程傳遞的可能性。這種基于原子力顯微鏡的納米針灸平臺，可以作為一種工具闡明生物系統機械刺激機制，并為生物力學療法提供了一個精確的模型研究體系。

　　圖1：“納米針灸”：活細胞在原子力顯微鏡探針施加的納米機械力刺激下產生自噬響應