南京中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院郭軍教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Science》（中科院一區(qū)Top/JCRQ1，IF：14.1）期刊在線(xiàn)發(fā)表了關(guān)于生物滲透壓調(diào)控乳腺癌定向轉(zhuǎn)移的力電協(xié)同新機(jī)制的最新研究論文。論文標(biāo)題為“Osmotic Tension Asymmetry Drives Electrotactic Migration via PDLIM7-Polarized Microfilament Coordination in Breast Cancer Cells”。

細(xì)胞定向遷移是生命活動(dòng)的基本過(guò)程之一。對(duì)于腫瘤細(xì)胞而言，不受控制的定向遷移是導(dǎo)致腫瘤遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移和患者死亡的關(guān)鍵步驟。傳統(tǒng)理論主要將這一過(guò)程歸因于趨化因子等化學(xué)信號(hào)的引導(dǎo)。然而，近年研究發(fā)現(xiàn)，多種物理刺激如人體內(nèi)源性電場(chǎng)，在調(diào)控細(xì)胞定向遷移中發(fā)揮著不可或缺的作用，成為腫瘤轉(zhuǎn)移研究的新方向。然而，電場(chǎng)信號(hào)如何轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的力學(xué)響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞完成“前緣推進(jìn)、后緣收縮”的運(yùn)動(dòng)，其核心機(jī)制并不清楚。

郭軍教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表的論文研究不僅系統(tǒng)揭示了外電場(chǎng)調(diào)控乳腺癌細(xì)胞定向遷移的力電耦合機(jī)制，更重要的是，上述研究為該團(tuán)隊(duì)先前提出的“生物滲透壓”新理論提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)，首次將生物滲透壓“力電協(xié)同”新機(jī)制應(yīng)用于解析癌癥轉(zhuǎn)移這一臨床核心問(wèn)題，為腫瘤生物物理學(xué)研究開(kāi)辟了新視角。

經(jīng)典滲透壓理論認(rèn)為，細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境處于等滲穩(wěn)態(tài)，滲透壓大小由溶質(zhì)顆?？倲?shù)決定，維持細(xì)胞體積穩(wěn)定。然而，郭軍教授團(tuán)隊(duì)此前在國(guó)際物理協(xié)會(huì)主辦期刊Biophysical Reviews在線(xiàn)發(fā)表的評(píng)述論文“Protein nanoparticles control bio-osmotic pressure via electromechanical collaboration”中，對(duì)傳統(tǒng)滲透壓理論提出了系統(tǒng)性修正。該團(tuán)隊(duì)指出，傳統(tǒng)滲透壓理論基于理想半透膜的物理化學(xué)模型，而活細(xì)胞質(zhì)膜是具有選擇性和可調(diào)控性的通透屏障，鑲嵌著多種離子與水通道蛋白，決定了生物體內(nèi)的滲透活動(dòng)是動(dòng)態(tài)的物理化學(xué)過(guò)程。該團(tuán)隊(duì)繼“菲克定律、范德霍夫公式和唐南效應(yīng)”等傳統(tǒng)滲透壓理論之后提出了“生物滲透壓”新理論，主要闡明細(xì)胞滲透壓是力電耦合的動(dòng)態(tài)過(guò)程，其產(chǎn)生依賴(lài)于電壓依賴(lài)離子通道的選擇性通透，而非離子總量。細(xì)胞內(nèi)游離蛋白顆?？赏ㄟ^(guò)吸附陽(yáng)離子主動(dòng)調(diào)節(jié)細(xì)胞膜電位，且與鈣離子協(xié)同控制了膜電位的去極化與超極化轉(zhuǎn)換。這一滲透新認(rèn)識(shí)提示：細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境并非簡(jiǎn)單的“等滲平衡”，而是不同離子滲透壓相互對(duì)抗的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)滲透壓認(rèn)識(shí)迥異。細(xì)胞通過(guò)“力電協(xié)同”機(jī)制，將不均衡的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為差異力學(xué)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和形變調(diào)節(jié)。這一理論框架為解析腫瘤的定向遷移提供了滲透力學(xué)研究新思路。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：電場(chǎng)陽(yáng)極能刺激細(xì)胞前緣去極化低滲膨脹和后緣超極化高滲收縮，這一極化過(guò)程密切聯(lián)系前緣骨架聚合和后緣骨架解聚。同時(shí)，去極化的前緣特異性激活氯離子通道TMEM16A，促進(jìn)氯離子內(nèi)流；超極化的后緣選擇性激活鉀通道SK，促使鉀離子外排。不同離子的選擇性通透，而不是離子總量，驅(qū)動(dòng)了腫瘤的定向遷移。此外，細(xì)胞前后緣的滲透壓差能招募蛋白激酶A，通過(guò)誘導(dǎo)微絲結(jié)合蛋白PDLIM7的Ser190磷酸化，增強(qiáng)其與微絲的結(jié)合能力，從而形成前后緣高度極化的微絲張力網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同滲透張力矢量控制腫瘤遷移的力學(xué)效應(yīng)。

上述研究將電場(chǎng)刺激、細(xì)胞電活動(dòng)與滲透張力、微絲張力系統(tǒng)整合，科學(xué)地詮釋了腫瘤細(xì)胞“力電協(xié)同”的定向遷移機(jī)制，不僅深化了對(duì)細(xì)胞生物滲透壓新理論的理解，更為腫瘤轉(zhuǎn)移的防治提供了新的研究方向。

醫(yī)學(xué)院朱玲博士為論文第一作者，郭軍教授及南京醫(yī)科大學(xué)吳輝文老師為論文共同通訊作者。南京中醫(yī)藥大學(xué)為論文的第一完成單位和通訊單位。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（82273908）的資助。

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41431193/

https://link.springer.com/article/10.1007/s12551-025-01380-0