专栏名称: 生物力学仪器

力学现象对一些基本细胞进程的正常运作至关重要，力学载荷可以作为胞外信号来调节细胞功能。危及人类健康的几种主要疾病，如骨质疏松症、动脉粥样硬化和癌症等，均与力学感知或功能障碍有关。文章来源为网络搜集，如有侵权请联系15336881895谢谢

纤维细胞向肌成纤维细胞转化的机械与物理调控机制

生物力学仪器 · 公众号 · · 2025-02-13 18:20

正文

这篇文章的核心内容是探讨了纤维细胞（fibroblasts）向肌成纤维细胞（myofibroblasts）转化的过程（Fibroblast-to-Myofibroblast Transition, FMT），以及这一过程如何受到机械和物理因素的调控。文章详细讨论了FMT在组织病理学中的作用，以及细胞如何通过机械感受（mechanosensing）和机械信号传导（mechanotransduction）来响应微环境的变化。

背景知识

纤维细胞是人体内主要负责产生和维护组织中细胞外基质（ECM）的细胞。它们能够改变ECM的机械特性，并在特定条件下转化为肌成纤维细胞，这一过程与纤维组织的发展密切相关。FMT是组织病理学中的一个关键过程，与多种疾病如哮喘和心脏纤维化有关。文章强调了理解细胞如何感知其物理环境（机械感受）以及这种感知如何影响细胞行为（机械信号传导）的重要性。

图1 .纤维-肌成纤维细胞转变

研究方法

文章通过总结现有的化学和物理信号对纤维细胞表型的调控作用，提出了使用定义明确的平台来解耦物理刺激和化学刺激，以更好地控制生理组织再生与病理性纤维化反应之间的平衡。研究方法包括：

文献综述 ：文章回顾了大量关于FMT的研究，包括纤维细胞的激活、表型转变和迁移。
实验研究 ：通过体外实验，研究了不同物理和机械特性对纤维细胞行为的影响。
模型系统 ：使用微制造的基质、控制ECM纤维的沉积或结构化的蛋白模式来模拟细胞与ECM的接触界面。

研究结果

FMT的阶段 ：FMT分为两个阶段，首先是纤维细胞激活为原肌成纤维细胞表型，然后是细胞表型的完全转变。这一过程受到TGF-β等生长因子的调控。

图2：通过 (A)、(B)、(C) 三个子图展示了基质影响细胞行为、心肌细胞的分化以及不同因素影响纤维细胞向肌成纤维细胞转化的过程

环境因素的影响 ：物理和机械特性，如基质的硬度、ECM的组成和拓扑结构，对FMT有显著影响。例如，增加的基质硬度和特定的ECM成分（如纤维连接蛋白的ED-A域）可以促进FMT。

细胞-基质相互作用 ：细胞通过整合素介导的粘着斑与ECM相互作用，这一过程受到机械力的影响。细胞对基质的硬度和配体间距有敏感响应，这些因素影响粘着斑的成熟和细胞骨架的重组。

机械信号传导 ：机械信号可以通过改变细胞骨架的组织和细胞核的极性来影响FMT。例如，细胞在曲面上的迁移和分化受到曲率的影响，而在拉伸条件下，细胞可以维持肌成纤维细胞表型。

3D环境的影响 ：3D培养环境可以更好地模拟体内组织的复杂性，影响细胞的转录响应和行为。

方法细节与现象

基质硬度 ：研究发现，基质的杨氏模量至少需要3 kPa才能启动FMT，而更高硬度的基质（>20 kPa）可能需要以维持机械信号传导。

图3：不同基质（有序和无序）的代表性图像
ECM组成

纤维细胞向肌成纤维细胞转化的机械与物理调控机制

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