细胞上皮-间质转化（Epithelial-mesenchymal transition, EMT）指具有极性的上皮型细胞在特定环境下转换成为间质型细胞的过程。细胞上皮-间质转化赋予了细胞更强的迁移（侵袭）能力，与胚胎发育、伤口愈合、组织纤维化、肿瘤的发生发展、侵袭和转移等诸多生理病理现象密切相关。近年来的研究表明，（肿瘤）细胞微环境中的生物化学因素（如TGF-β刺激）可诱导（肿瘤）细胞发生上皮-间质转化，而微环境中的物理/力学因素（如空间几何约束、机械拉伸等）也参与调节这一细胞表型转化过程。然而，在缺乏生物化学因素诱导的情况下，单纯经由生物物理/力学因素刺激是否足以触发细胞EMT表型转化仍不明晰。

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图1. 力学微环境诱导细胞上皮-间质表型转化

近日，33678新甫京国际品牌黄建永研究员课题组在Biomaterials杂志上在线发表了题为“Spontaneous formation and spatial self-organization of mechanically induced mesenchymal-like cells within geometrically confined cancer cell monolayers”的研究论文，从力学生物学视角揭示了（肿瘤）细胞片层内特定的异质性力学微环境即可触发TGF-β-SMAD信号的空间不对称激活，直接诱发其中的一部分细胞发生上皮-间质转化，进而自组装形成规律性的空间表型分化图案，该研究也发现微环境基质刚度以及片层内细胞骨架收缩力在其中的重要调控作用，定量探究了细胞力学信号与其表型转换之间的内在规律。

该研究首先基于微接触印刷技术在弹性基底上构建了微图案化的细胞片层，发现无任何外源性生长因子诱导的情况下，细胞片层内出现的异质性力学微环境就可诱发图案外围细胞自发表达间质样细胞标志物，此过程一般不依赖于微图案的形状及细胞类型，呈现出了一种近似普适性的表型转化行为。通过抑制细胞收缩力进而消除微环境力学异质性会有效阻止间质样细胞的出现。在此基础上，该研究还发现这一细胞表型转换与微环境基质刚度具有正相关性，较软的细胞外基质微环境很难激发细胞上皮-间质表型转换，而随着基质微环境刚度的增加，在微图案的外侧边缘附近会出现更多的间质型细胞。研究人员随后基于细胞牵引力显微镜技术和有限元方法探究了微图案化细胞片层内牵引力的时空动态变化特征，定量揭示了细胞片层内异质性力学微环境、TGF-β-SMAD信号的空间不对称激活、片层细胞表型转换及其空间自组装现象之间的内在联系和规律。综上所述，该文不仅报道了生物物理/力学因素在触发细胞表型转化过程中的关键作用，也为从力学生物学角度调控（肿瘤）细胞上皮-间质转化的发生发展，进而设计相应的肿瘤治疗方案提供了新的思路。

    33678新甫京国际品牌博士后林峰为该论文第一作者，黄建永研究员为通讯作者，该工作得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金和科技部重点研发项目的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961221006931