机械信号如何影响干细胞命运？揭秘MSCs的神奇力量

间充质干细胞（MSCs）是一类具有多能性的干细胞，能够分化成多种类型的细胞，如成骨细胞、软骨细胞、肌细胞和脂肪细胞。它们在组织工程、细胞移植和免疫治疗等领域具有广泛的应用前景。MSCs能够感知和响应其周围环境中的机械信号，并通过机械转导过程将这些信号转化为生物化学信号，从而影响其增殖、分化和功能。

1. 机械感受性

MSCs能够感知其周围环境中的机械信号，包括刚度、应变、剪切应力等。这种能力被称为机械感受性，它使MSCs能够适应不同的生长环境和生理状态。例如，MSCs在软组织中的机械感受性可能与在骨骼中的机械感受性不同。

2. 机械转导

MSCs通过机械转导过程将机械信号转化为生物化学信号。机械转导过程涉及多种细胞器和分子机制，包括：

焦点粘附：焦点粘附是细胞与ECM之间的一种粘附结构，由整合素和多种胞质蛋白组成。当细胞受到机械刺激时，焦点粘附会发生重组，导致整合素的表达和活性发生变化，从而影响细胞的行为。

细胞骨架：细胞骨架是维持细胞形态和功能的重要结构，由微管、中间纤维和肌动蛋白纤维组成。细胞骨架能够将机械信号转化为细胞内的力，并影响细胞的增殖、分化和迁移。

机械敏感离子通道：机械敏感离子通道是一类能够响应机械刺激的离子通道，例如机械门控通道和钙通道。当细胞受到机械刺激时，机械敏感离子通道会开放，导致细胞内离子浓度的变化，从而影响细胞的信号通路。

转录因子：转录因子是一类能够调控基因表达的蛋白质，例如Runx2、Osx和β-连环蛋白。机械转导过程中，转录因子会被激活或抑制，从而影响MSCs的分化命运。

3. 机械信号对MSCs行为的影响

机械信号对MSCs的行为产生多方面的影响，包括：

增殖：机械信号可以影响MSCs的增殖能力。例如，研究表明，刚度较低的基质可以抑制MSCs的增殖，而刚度较高的基质可以促进MSCs的增殖。

分化：机械信号可以影响MSCs的分化命运。例如，研究表明，刚度较高的基质可以促进MSCs向成骨细胞分化，而刚度较低的基质可以促进MSCs向脂肪细胞分化。

功能：机械信号可以影响MSCs的功能。例如，研究表明，刚度较高的基质可以促进MSCs的成骨功能，而刚度较低的基质可以促进MSCs的脂肪生成功能。

4. 老化对MSCs机械感受性的影响

随着年龄的增长，MSCs的机械感受性会发生变化。例如，研究表明，老年MSCs对机械刺激的响应能力低于年轻MSCs。这种变化可能与细胞骨架的组成和功能的改变有关。

结论

MSCs的机械转导机制是调节其行为和功能的重要机制。通过研究MSCs的机械转导机制，可以更好地理解MSCs在不同组织和生理状态下的行为，并为开发新的治疗方法提供理论基础。

参考文献

El-Rashidy AA, et.al. Effect of Polymeric Matrix Stiffness on Osteogenic Differentiation of Mesenchymal Stem/Progenitor Cells: Concise Review. Polymers (Basel). 2021 Aug 31;13(17):2950.