研究揭示早期凋亡細胞內的轉運加速現(xiàn)象及機理

細胞凋亡是一類程序性細胞死亡，它在胚胎發(fā)育、組織形成、體內細胞平衡甚至癌癥發(fā)生以及治療過程中都扮演著重要角色。凋亡不僅需要大量信號分子的調控，也伴隨著大量細胞結構的改變，例如細胞收縮，細胞核凝聚，出泡及凋亡小體的形成。不論信號分子在細胞內不同位點的傳遞，還是細胞器結構的轉變、重排，都需要細胞內轉運的參與。

盡管在過去的40年間，人們已針對凋亡的分子信號通路等生物學特征開展了深入研究，然而一直缺乏對于凋亡細胞內轉運動力學等物理特征的了解。最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心軟物質重點實驗室王鵬業(yè)研究組博士生李波，在研究員王鵬業(yè)和副研究員李輝的指導下，利用單分子熒光追蹤技術研究并量化了細胞內的轉運動力學（圖1），發(fā)現(xiàn)在早期凋亡細胞內（通過抗癌藥物順鉑等導致細胞凋亡），由馬達蛋白參與的定向運輸動力學明顯提高（圖2）。通過檢查一系列相關因素，最終發(fā)現(xiàn)轉運動力學提高主要由于凋亡細胞內的ATP濃度提高（圖3）。為了進一步研究轉運加速對于細胞凋亡的意義，研究者通過調節(jié)滲透壓將細胞內的轉運動力學降低至正常水平，發(fā)現(xiàn)細胞凋亡的進程發(fā)生延遲，死亡細胞比例明顯下降（圖4），由此證明轉運加速對于凋亡進程至關重要。

該研究**觀察到凋亡細胞內的轉運加速現(xiàn)象，從物理視角解釋了細胞內動力學對于凋亡生物功能的重要意義。并且，該工作發(fā)現(xiàn)了一種通過細胞內轉運動力學來調控凋亡進程的方法，未來或可用于開發(fā)新的腫瘤治療策略。此外，可將細胞內動力學的升高作為檢驗細胞進入早期凋亡的物理標志，提供了一種檢測細胞早期凋亡的方法，或可用于觀察新型抗癌藥物對于癌細胞的作用。

這一研究成果發(fā)表在最近的《美國國家科學院院刊》（PNAS）雜志上。該工作得到國家科學基金委、科技部和中科院的資助。