健康与疾病中的细胞与分子力学

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越来越多的研究表明，不仅化学刺激，而且细胞周围微环境中的机械刺激也对细胞行为产生重要影响。来自环境的机械刺激被各种机械感测生物分子检测，包括机械感测离子通道和非机械感测离子通道，导致细胞内信号的调节。值得注意的是，虽然亚细胞结构(包括细胞骨架、膜性细胞器和细胞核)影响和决定细胞的力学特性，但在癌症或其他疾病(如感染、慢性炎症和退行性疾病)中，细胞及其微环境的力学特性都会发生改变。在许多疾病状态中已经观察到机械力感应生物分子和/或亚细胞结构成分的异常表达和激活，有时伴有基因突变。这种改变可能会调整细胞和环境之间的化学和物理相互作用，从而促进疾病的进展。因此，单个亚细胞结构(如肌动蛋白细胞骨架、细胞粘附复合物和染色体)的力学特性和调节这些结构的信号分子正在成为寻求疾病发展的机制理解或潜在治疗疾病的研究的目标。

本特刊的原始和综述论文提供了对各种类型细胞(包括细菌细胞、红细胞、成纤维细胞、内皮细胞和癌细胞)的机械线索依赖的细胞功能调节的新见解。主题范围从质膜的机械感测元件到机械诱导的细胞内信号、结构重塑和癌症治疗的机械调制。

T. Nomura等人研究了力感生物分子MscS离子通道的失活机制，揭示了通道分子中正电荷残基对MscS膜电位依赖性失活的贡献。

T. Wang等人利用数值模拟系统地研究了疟疾感染引起的红细胞膜力学特性的变化如何影响狭窄微血管中的血流。研究结果表明，红细胞膜的变形性和黏附性都是影响血液流动的重要因素，这可能为严重疟疾患者微循环梗阻提供力学依据。

D. Nobezawa等人的研究表明，与经典观点相反，肌动蛋白聚合，而不是肌球蛋白II活性，在驱动迁移细胞突出边缘的肌动蛋白细胞骨架的逆行运动中起主导作用。

M. Sugawara等人利用详细的活细胞成像技术，研究了调控细胞迁移方向变化的机制。他们发现，在定向变化过程中，迁移细胞表现出黏附和肌动蛋白细胞骨架三种不同动力学的空间协调，这可能有助于细胞极性的改变。

H. Takada等人报道，尽管对受伤皮肤的机械拉伸加速了伤口修复，但这种机械拉伸的效果通过使用金丝桃素(一种传统草药的主要成分)治疗皮肤而增强。

其他一些杰出的论文表明并讨论了机械环境或机械刺激的物理特性通过NF-等细胞内信号通路改变细胞的特性B和p53信号通路。

K. Suzuki和D. Yoshino报道，在气液界面用微功率等离子体处理内皮细胞可促进其增殖。此外，等离子体诱导的NF-κB激活被证明参与了潜在的细胞内信号传导。

K. Kawauchi是编辑小组成员之一，他的小组表明，细胞外基质(ECM)的硬度可以调节化疗对癌细胞生长的影响。软ECM可减弱化疗药物诱导的乳腺癌细胞中肿瘤抑制因子p53的激活，导致细胞对化疗产生耐药性。

除了原始的研究论文，四篇有趣的综述论文讨论了机械感测和各种疾病的关系。K. Kawauchi的团队回顾了肿瘤抑制因子p53和视网膜母细胞瘤蛋白(pRb)的作用，它们的信号通路在许多类型的癌症中被中断，在机械感生物分子和肌动蛋白细胞骨架的调节中。

C. Uchida专注于pRb在染色质结构调控中的作用。本文综述了pRb与组蛋白修饰剂和染色质因子的物理相互作用如何控制核小体/染色质结构，并讨论了针对这些蛋白因子的有效癌症治疗策略。

Y. Nakahata和Y. Bessho综述了NAD+代谢在染色体/染色质力学特性昼夜变化中的作用。此外，他们还讨论了通过干扰NAD+代谢来治疗衰老相关疾病的可能性。

Y. Abe和N. Tanaka综述了hedgehog信号通路的异常激活如何导致肺癌的进展，hedgehog信号通路在发育和组织稳态中发挥关键作用。他们特别指出，非小细胞肺癌(NSCLC)细胞与癌相关成纤维细胞的物理相互作用通过激活hedgehog信号通路提高了NSCLC细胞的转移潜能。

本特刊的文章说明，对机械力信号通路的调节可能为开发有别于传统化学疗法的新治疗方法提供新的途径。这些新发现将为今后在分子和超分子水平上进一步深入研究机械化学转导机制奠定基础。

Keiko川内
Hideaki Fujita
Daisuke三好
伊夫林K. F.严
Hirata总裁中西宏明

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