机械力刺激促进细胞膜胆固醇外排引起细胞体积收缩产生力学韧性的机制研究

目的研究机械拉伸力作用下细胞质膜韧性状态的产生方式,并分析其产生机制。方法通过细胞拉伸装置,对肺上皮细胞施加单轴循环拉伸力,比较单次加力与组合加力对质膜的损伤差异,分析不同预刺激对高强度拉伸的保护作用。利用免疫荧光技术,流式细胞术,3D重建技术比较不同拉伸强度前后细胞体积变化,及细胞内钙水平,分析胞内钙激活质膜扰动酶并进一步影响细胞体积的机制。同时基于Hill函数建立力-钙-细胞体积-质膜膜损伤之间的量化关系,并进一步通过主成分分析降维方法提出韧性态和正常态的识别方法。结果低强度拉伸力预刺激后,能够降低高强度拉伸力引起的膜损伤,即产生质膜韧性。进一步研究发现,质膜韧性的产生需要一定强度的预刺激,当预刺激达到临界值时,胞内钙含量升高,细胞体积缩小,韧性态产生。机制上,力刺激激活钙依赖扰动酶TMEM16F促进细胞释放大量含有胆固醇的细胞外囊泡,降低了细胞膜胆固醇含量,进一步激活了体积调节性阴离子通道,实现细胞体积缩小。结论质膜力学韧性状态的产生需要一定值的预刺激,此状态的产生主要通过离子通道的激活,并以体积缩小为主要特征。