当一个方向集齐CNS三大主刊而国自然项目数还不多，我就知道可以关注了……

小张聊科研 · 公众号 · 科研 · 2025-01-24 21:00

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如题，今天我们介绍一个集齐了 CNS 三大主刊而国自然项目数还不多的方向：细胞外基质（ ECM ）的硬度（ Stiffness ）和黏弹性（ viscoelasticity ）。

其实细胞外基质（ ECM ）大家已经非常熟悉了， ECM 是细胞外的复杂网络结构，由胶原蛋白、弹性蛋白、糖胺聚糖等组成。 ECM 为细胞提供物理支撑，维持组织形态和结构。 ECM 最为经典的角色在组织纤维化这个疾病最常见的病理特点中： 纤维化时， ECM 成分（如胶原蛋白）过度沉积和交联，导致组织硬化和功能受损。 ECM 的异常重塑会激活成纤维细胞转化为肌成纤维细胞，进一步加剧纤维化。 这一过程涉及多种细胞因子和信号通路，如 TGF-β 信号通路，促进 ECM 合成与积累，最终影响器官功能。

而 ECM 硬度和黏弹性是其重要特性，影响细胞行为。 较硬的 ECM 可促进细胞增殖、分化和迁移，而软的 ECM 则可能抑制这些过程，另外硬度变化还与组织发育、修复及疾病发生相关，所以近几年大家对 ECM 硬度的关注越来越多，比如 24 年 CNS 三个主刊上的研究：

转录因子 Osr2 通过整合细胞外基质（ ECM ）的生物力学信号加剧肿瘤中 CD8+T 细胞耗竭。 研究主要关注 “ Osr2 在肿瘤中整合 ECM 生物力学信号对 CD8+T 细胞功能的影响 ” ，研究发现 Osr2 通过 Piezo1/ 钙 /CREB 轴介导的生物力学信号被诱导表达，并加剧肿瘤特异性 CD8+T 细胞的终末耗竭。

细胞外基质黏弹性促进肝癌在非肝硬化肝脏中的进展。 研究主要关注 “ 细胞外基质（ ECM ）黏弹性对非肝硬化条件下肝细胞癌（ HCC ）进展的作用机制 ” 。研究发现 2 型糖尿病患者中，细胞外基质中晚期糖基化终产物（ AGEs ）的积累会改变胶原蛋白结构，增强 ECM 的黏弹性， AGEs 介导的胶原蛋白结构变化通过整合素 -β1-tensin-1-YAP 机械传导通路促进肝癌细胞的增殖和侵袭。

PIEZO 依赖的机械感知对肠干细胞命运决定和维持至关重要。 研究主要关注 “ PIEZO 机械敏感通道在肠干细胞（ ISC ）微环境中的作用机制 ” ，研究发现 ISC 位于隐窝底部的更硬微环境中， PIEZO 通道通过感知细胞外基质（ ECM ）的硬度，调节 ISC 的命运决定和功能维持。

当然除了主刊外，一些领域 TOP 期刊和大子刊上的研究也不少了：

国自然项目中也有一些了：

高细胞外基质硬度 上调的 Circ-ARHGEF28 结合线粒体 PRDX3 促进鼻咽癌侵袭转移的机制研究
整合素β 1/RICH1 复合体感应 细胞外基质硬度信号 调控乳腺癌侵袭转移的机制研究
POSTN+mCAF 通过增强 细胞外基质硬度 促进肝内胆管癌迁移侵袭的机制研究
细胞外基质硬度 通过 Piezo1 调控成纤维细胞谱系分化在皮肤再生中的机制研究

最后我们简单梳理一下细胞外基质硬度研究方法：

1. 体外细胞培养

体外细胞培养是研究细胞外基质（ ECM ）硬度影响的基础方法。通过在不同硬度的基质上培养细胞，可以模拟体内微环境，研究细胞对硬度变化的响应。常用的基质材料包括水凝胶（如丝素蛋白水凝胶、明胶水凝胶等）和聚二甲基硅氧烷（ PDMS ）。这些材料可以通过调节交联密度或成分来控制硬度：

水凝胶 ：通过改变交联剂浓度或聚合时间，可以制备出从软（ ~1 kPa ）到硬（ >100 kPa ）的基质，适合研究细胞在不同硬度条件下的行为。

PDMS ：通过调整预聚物与固化剂的比例，可以制备出硬度梯度的基质，用于细胞黏附、迁移和增殖的实验。

PMID: 39551603

2. 生物力学检测

生物力学检测是研究 ECM 硬度的关键技术，常用的工具包括：

原子力显微镜（ AFM ）： AFM 通过探针与样品表面接触，测量探针与基质之间的相互作用力，从而计算出局部硬度。

磁镊技术（ Magnetic Tweezers ）：利用磁性微珠与 ECM 结合，通过外部磁场施加力，测量 ECM 对力的响应。

PMID: 39260063

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