周颖，邓林红，欧阳明星，徐华栋

(常州大学药学院&医学院(筹)，生物医学工程与健康科学研究院，常州 213164)

1 引 言

生物体内的细胞处在一种复杂的力学微环境中。在胚胎发育并分化成不同组织的过程中，细胞周围的基质刚度会发生变化，例如脑组织的刚度为103Pa，而骨组织的刚度达107Pa[1]。当组织发生病变时，其细胞的刚度及周围基质刚度也随之变化，例如，癌变的细胞相比普通细胞会更软一些[2]，而由于细胞增殖和基质沉淀，癌变处的局部组织会变得较硬[3]；肝脏病变时出现肝硬化的现象[4]；体内胆固醇水平升高时，红细胞硬化的程度也会随之增加[5]。

细胞周围基质刚度的变化同样也会影响细胞生化信号和细胞迁移、生长、分化等生理活性[6-9]。在针对癌细胞的研究中，发现通过提高细胞周围基质刚度可以诱导细胞膜上整合素表达升高，从而促进癌细胞的转移[10]。有研究表明，将干细胞培养于不同基质刚度上，其分化成不同的细胞，且分化的细胞与基质刚度接近，如当基质刚度接近于体神经组织(<1 kPa)时，干细胞向神经细胞分化；当基质刚度接近于肌肉组织刚度(8～17 kPa)时，干细胞向肌肉细胞分化；在给予较硬的基质(25～100 kPa)时，干细胞则向成骨细胞分化[11]。力学微环境的改变还能调节骨髓间充质干细胞，较软的基质可以促使骨髓间充质干细胞向脂肪、软骨细胞分化，较硬的基质则使其向肌肉细胞分化[12]。在这些研究中，生物力学因素起了关键的作用。

基质刚度的改变会导致细胞内部一些信号的激活。细胞外蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)是促分裂素原活化蛋白激酶(MAPK)家族的重要成员，其信号传递途径涉及调节细胞生长、分化、发育等信号网络，与细胞增殖息息相关[13-14]。研究表明ERK信号调节哮喘条件下的气道炎症反应和平滑肌增生[15-17]。有研究报道环境刚度的变化也影响细胞中的ERK信号，刚度增加会上调ERK活性[18-20]，而其力-化学偶联机制仍有待探索。……