张力力量如何驱动成纤维细胞（fibroblasts）向肌成纤维细胞（myofibroblasts）的可逆转变还不清楚。肌成纤维细胞在伤口愈合过程中起着关键作用，但如果它们持续激活，可能会导致纤维化和癌症等疾病的进展。局部细胞外基质（ECM）及其机械特性在这些过程中的中心调节作用，但目前尚不清楚转化生长因子-b（TGF-b）和张力力量是否协同作用于成纤维细胞向肌成纤维细胞的转变，以及一旦组织稳态达到后肌成纤维细胞是如何被消除或失活的。
研究简介
本研究中，利用体外三维微组织模型，从成纤维细胞开始，逐渐关闭宏观设计的凹槽，模拟了组织生长过程中的力学变化。研究发现，在微组织逐渐关闭凹槽的过程中，成纤维细胞在高张力的生长前沿转变为肌成纤维细胞，这一过程类似于伤口闭合。在生长前沿，细胞增殖得到上调，并且沉积了新的高拉伸纤维连接蛋白纤维，这些结果通过纤维连接蛋白荧光共振能量转移（FRET）探针得到揭示。随着组织的生长，其下方的ECM成熟为富含胶原蛋白的组织，主要由成纤维细胞而非肌成纤维细胞组成，纤维连接蛋白纤维的张力也得到降低。这与细胞从生长前沿向内逐渐变圆，α-平滑肌肌动蛋白（a-SMA）表达减少，YAP核转位和细胞增殖减少的现象相关。这些结果表明，肌成纤维细胞表型在生长前沿通过张力力量稳定，即使在没有内源性补充TGF-b的情况下，也会在生长前沿后10毫米处恢复为静止的成纤维细胞表型，从而实现了肌成纤维细胞到成纤维细胞的转变，这是达到促进愈合稳态的标志。
研究结果进一步表明，细胞骨架张力的上调或下调通过增加或减少组织体积来影响组织形成的速度。在控制条件下，组织半径为344 ± 13微米，而在细胞骨架张力增加和减少的条件下，组织半径分别增加到428 ± 16微米和减少到298 ± 9微米。这表明，由NHDFs形成的组织体积取决于细胞骨架张力。
还发现，尽管EdU阳性细胞遍布整个组织，但生长前沿的EdU阳性细胞密度最高，这可能是由于生长前沿的增殖率更高或细胞密度更高。通过定量分析，发现随着组织深度的增加，EdU强度（即细胞增殖）降低，EdU阳性细胞在生长前沿总是比内部更高，不同条件下没有显著差异。
此外，还发现在生长前沿新沉积的FN纤维比组织内部的FN纤维更受拉伸。通过FN-FRET探针的实验，发现随着FN纤维逐渐变得更受拉伸，FRET强度比降低。这一结果与之前在2D细胞培养中的观察一致。在生长前沿，FN纤维的FRET强度比在组织成熟度增加时逐渐增加，表明细胞在生长前沿组装了更受拉伸的FN纤维网络，与更成熟的内部相比。
研究还发现，即使没有TGF-b的补充，生长前沿也富含a-SMA，而在组织内部只有少数a-SMA阳性细胞。通过TGF-b1或blebbistatin的补充，可以调节a-SMA的表达水平，但不影响整体现象。在所有情况下，生长前沿的a-SMA水平仍然显著高于组织内部。补充TGF-b1不能将组织内部的驻留成纤维细胞转化为肌成纤维细胞表型，这表明减少的张力力量与生长前沿相比，以及ECM微环境，是肌成纤维细胞表型维持的关键因素。
观察到YAP的核定位在生长前沿最高。由于YAP的核转位对机械信号的响应上调并促进细胞增殖，调查了YAP/TAZ从细胞质到细胞核的转位作为细胞距离生长前沿的函数。研究发现，核YAP信号强度的百分比从生长前沿的近55%下降到组织内部的约35%，表明YAP在生长前沿的核定位程度更大，因此活性更高。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aao4881
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