受挤压的细胞记住自身形状以高效迁移的机制科普
2025-12-08 来源:本站 点击次数:45人体环境对细胞而言并非易于驾驭。免疫细胞巡逻搜寻微生物、胚胎细胞迁移至器官形成部位，癌细胞侵入组织......细胞执行功能都需穿越由网状结构、狭窄通道和巨大障碍物构成的复杂空间。那么，受挤压的细胞如何记住自身形状以高效迁移呢？
Section.01
细胞迁移也有"形变记忆"？
众所周知，细胞能改变形状以适应各种环境。不止如此！近期，Kalukula 等人在 Nature Physics 发表研究指出，细胞还能保留过去形变的记忆！！！
是的，这种记忆编码在每个细胞的细胞骨架——赋予细胞形状的蛋白质支架中，并且能够支持细胞在非均匀环境中高效迁移[1][2]。
神奇实验：细胞的"过桥"游戏与两种状态
为了揭示细胞的记忆，科学家设计了一个精妙的实验系统——“哑铃”形微图案。它由两个宽敞的“广场”和一条宽度仅 6 微米的狭窄“独木桥”组成。
图 1."哑铃"微图案实验系统与细胞形态[2]。研究者通过在玻璃表面精准涂布纤连蛋白，构建出这种哑铃状图案。将乳腺上皮细胞放置其上，通过长时间活细胞成像，自动追踪细胞在“广场”和“桥”之间的往复运动，并量化其形态变化[2]。
研究人员让细胞在这个装置上往复迁移。一个惊人的发现浮出水面，当“桥”足够长时，细胞会稳定地呈现两种截然不同的形态：
- 伸长态：细胞摊开，形态相对对称。
- 压缩态：细胞收缩，呈现流线型[1][2]。
关键发现在于，细胞的形态并非完全由当下环境决定[1][2]。
图 2.细胞的机械记忆效应[1]。细胞在多次穿越中保持形态记忆，压缩态细胞 (紫色) 在后续穿越中倾向于维持压缩形态。
为了验证细胞是否有“记忆”，研究者分析了数百次连续的穿越事件。通过统计建模发现，细胞在一次穿越中的形态会强烈影响下一次——压缩态细胞后续仍有约 75% 概率保持压缩，远超随机概率[1]。
这意味着，细胞拥有一种“形态记忆”，能够将利于穿越的“战斗形态”保持下去。
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"记忆"藏在哪？
——"智能记忆骨架"
那么，这种记忆的物理载体是什么？秘密，就藏在细胞的肌动蛋白皮层里。
你可以把它想象成贴在细胞膜内侧的一层由肌动蛋白 (F-actin) 编织的“智能紧身衣”。这件“衣服”的松紧，由肌球蛋白 (Myosin) 这类“分子马达”来调节。
研究者直接观察到：压缩态细胞的肌动蛋白皮层更厚，并且其中肌球蛋白的浸润程度更高，导致皮层更紧绷、收缩力更强[2]。
图 3. 压缩态细胞具有更厚的肌动蛋白皮层[2]。为了探究记忆的物理基础，研究者使用超高分辨率显微镜测量了细胞皮层的厚度。通过分析皮层处肌动蛋白的荧光信号分布宽度 (FWHM)，确证压缩态细胞的皮层厚度显著大于伸长态细胞[2]。
正是这种更厚、更紧绷的物理状态，被“记忆”了下来。即使到了开阔地带，这件“紧衣服”也需要一段时间才能“松弛”下来。这就是细胞的“记忆骨架”——它记住的是一种利于快速迁移的物理“紧绷感”。
为了验证这一点，研究人员使用了药物进行干预：当用 Latrunculin B (肌动蛋白聚合破坏剂) 破坏肌动蛋白，或用 Y27632 (ROCK 信号通路抑制剂) 抑制肌球蛋白收缩活性时，细胞的“记忆”被抹除，它们无法维持“压缩态”，迁移效率大大降低[2]。反之，用 Jasplakinolide (肌动蛋白稳定剂) 稳定肌动蛋白后，细胞即使在宽阔“广场”上也能顽强地保持“压缩态”[2]。
这些实验证明：肌动蛋白皮层的组织结构和其依赖的 ROCK /肌球蛋白收缩通路，是细胞机械记忆的分子基础[2]。
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小结
这项发现，绝不仅仅是好玩而已。
它揭示了细胞高效导航的谜底。这种“形状记忆”让细胞在复杂环境中减少了重复变形的能量消耗，实现了“智能导航”。这也为理解癌症转移提供了全新视角：那些擅长转移的侵袭性癌细胞，是否正是利用了这种“机械记忆”，才在复杂的组织环境中穿梭得更快、更高效？这为未来开发抑制癌细胞扩散的新策略指明了潜在方向，即靶向调控其细胞皮层的动态结构与记忆能力。该研究颠覆了传统细胞迁移模型。“机械记忆”是细胞行为的关键变量，将其加入模型后，我们对生命过程的预测将更加精准。
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Cytochalasin D (Zygosporin A) 是一种有效的肌动蛋白聚合抑制剂，可以来源于真菌。 |
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Y-27632 dihydrochloride 是一种具有口服活性的、ATP 竞争性的 ROCK (Rho-kinase) 抑制剂 |
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Latrunculin B 是一种抗菌生物碱，是一种肌动蛋白聚合 (actin polymerization) 抑制剂。 |
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Jasplakinolide 是一种有效的肌动蛋白聚合反应 (actin polymerization) 诱导剂，可以稳定先前存在的肌动蛋白丝。 |
[1] d'Alessandro J, Heuzé ML. 'Memory foam' skeleton in cells helps them to navigate. Nature. 2025 Nov;647(8088):42-44.
[2] Kalukula, Y., Luciano, M., Simanov, G. et al. The actin cortex acts as a mechanical memory of morphology in confined migrating cells. Nat. Phys. 21, 1451–1461 (2025).
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