机械转导（Mechanotransduction），即外部物理信号转化为内部生化信号的过程，对细胞行为和功能的影响还不清楚。研究使用三维（3D）组织模拟培养平台，研究了基质刚度变化对细胞黏附、形态以及免疫调节功能的影响，特别关注了血管周围间充质干细胞（MSCs）的免疫调节基因表达。这些细胞因其在治疗病理性炎症相关疾病中的潜力而被广泛研究。研究发现，基质刚度的变化通过影响细胞骨架调节RNA（CYTOR）的活性，部分调控了MSCs的免疫调节功能，这为理解3D环境中的机械转导机制提供了新的见解。
研究简介
本研究的主要发现是基质刚度的变化对MSCs的免疫调节基因表达有显著影响。通过在不同刚度的骨膜模拟水凝胶中培养MSCs，发现高刚度基质抑制了细胞与基质的黏附，导致细胞形态变化，并抑制了与胶原纤维重塑相关的细胞外基质调节基因的表达，同时上调了分泌型免疫调节因子的表达。此外，研究还揭示了长非编码RNA（lncRNA），特别是CYTOR，在3D刚度驱动的基因表达变化中的作用。通过使用反义寡核苷酸敲低CYTOR，发现可以增强多种机械响应性细胞因子和趋化因子的表达，超出了仅通过调节基质刚度所能达到的水平。
研究结果表明，与2D培养中观察到的机械转导途径不同，3D环境中的机械转导机制涉及不同的分子途径。在2D培养中，基质刚度的增加通常会增强细胞的迁移和扩散，而在3D环境中，这种关系并不总是成立。在本研究中，较硬的IPNs（互穿网络）限制了细胞的延伸，并且在细胞形态上观察到更圆的形状，这与2D培养中观察到的增加刚度促进细胞迁移和扩散的结果不同。此外，研究还发现，在较硬的基质中，细胞的体积减小，这种减小是通过非肌肉肌球蛋白II（NMII）介导的收缩维持的，这可能与细胞表面附近的厚层肌动蛋白丝有关。
在基因表达层面，发现与基质刚度相关的基因表达变化呈现出单调变化趋势，即从150到2000帕斯卡（Pa）的刚度增加，基因表达水平逐渐变化。这种趋势在DMSO（二甲基亚砜）处理的MSCs中在24小时和48小时后都得到了观察，并且在使用blebbistatin（一种抑制NMII的药物）处理后也观察到了类似的基因表达模式。值得注意的是，与低刚度（150 Pa）相关的基因表达变化与基质黏附和组织相关，而与高刚度（2000 Pa）相关的基因表达变化则与炎症反应和免疫细胞激活相关。
此外，研究还发现，基质刚度的变化能够调节与炎症信号通路激活相关的基因网络。通过分析骨髓MSCs的单细胞RNA测序数据，发现，无论是在软还是硬的基质中，与炎症相关的基因表达签名都在多发性骨髓瘤（myeloma）患者的MSCs中富集。这表明基质刚度可能通过影响特定的分子途径，如NF-κB和AP-1信号通路，来调节MSCs的免疫调节功能。
在lncRNA的研究中，CYTOR被发现是最为丰富且对基质刚度变化响应最敏感的lncRNA之一。CYTOR的表达随着基质刚度的增加而下调，并且这种下调可以通过抑制细胞-基质黏附来复制。通过使用反义寡核苷酸敲低CYTOR，发现可以显著上调多种免疫调节基因的表达，这些基因的表达变化超过了仅通过基质刚度变化所能达到的水平。这表明CYTOR可能在机械转导过程中起到了调节免疫调节基因表达的作用。
链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2404146121
免责声明：「原创」仅代表原创编译，水平有限，仅供学术交流，本平台不主张原文的版权，如有侵权，请联系删除。文献解读或作者简历如有疏漏之处，我们深表歉意，请作者团队及时联系后台，我们会在第一时间进行修改或撤稿重发，感谢您的谅解！
