細胞微環境的生物物理信號通過機械轉導極大地影響細胞行為。然而，細胞如何感知和轉導來自3D幾何的機械信號來調節細胞功能仍不清楚。

2023年6月1日，華中科技大學張勝民及杜瑩瑩共同通訊在National Science Review在線發表題為“3D micropattern force triggers YAP nuclear entry by transport across nuclear pores and modulates stem cells paracrine”的研究論文，該研究表明3D微模式可以影響細胞骨架的空間重組，導致不同的局部力介導細胞核的改變，如取向、形態、Lamin A/C的表達和染色質凝聚。

具體而言，在三角棱柱和長方體微圖案中，有序的F-肌動蛋白纖維分布在細胞核上，並將壓縮力充分傳遞給細胞核，導致核變平和核孔拉伸，從而增強了YES相關蛋白(YAP)的核輸入。此外，YAP的激活可顯著增強MSCs的旁分泌，上調血管生成生長因子的分泌。相比之下，柱狀和立方體微模式中核受到的壓縮力越小，YAP進入核的數量就越少。皮膚修複實驗首次提供了體內證據，證明通過3D幾何結構增強MSCs旁分泌可顯著促進組織再生。該研究有助於深入了解機械信號影響細胞功能的機製，為生物材料的設計提供靈感。

細胞具有感知和響應細胞外基質(ECM)的生物物理特性的能力。這些生物物理信號通過機械轉導介導細胞行為。一般來說，這些機械刺激改變局灶黏附(FAs)的形成和細胞骨架的排列，啟動信號級聯，激活轉錄因子。此外，越來越多的證據表明，細胞核直接或間接地承受力，可以作為機械傳感器。傳遞給細胞，特別是細胞核的力，會影響參與不同信號通路的特定轉錄調節因子的核胞質定位，如MRTF-A、β-catenin或YAP，從而進一步調節基因表達，控製細胞表型。

在這些機械線索中，具有不同幾何形狀的微模式已顯示出對細胞行為的顯著調節。2D微模式底物已被用於研究細胞形狀和細胞活力之間的關係。微模式麵積的減少已被證明會導致細胞增殖減少和細胞死亡增加。研究證實，幾何形狀可以影響二維基底中應力纖維和FAs的組織。此外，不同幾何形狀但麵積不變的粘附島上的幹細胞具有不同的細胞分化潛能。與左旋幾何相比，右旋幾何增強了MSCs的成骨分化。研究表明，MSCs的旁分泌功能而不是幹細胞分化在其組織再生的治療效益中起著至關重要的作用，然而，關於幾何結構如何影響MSCs旁分泌的知識仍然缺乏。

盡管2D基質幾何形狀對細胞行為的指導作用已經得到了廣泛的研究，但它並沒有完全概括出原生3D細胞生態位的關鍵特征。幹細胞在體內生活在一個複雜的3D微環境中，在這個微環境中，多維刺激整合在一起，控製著包括細胞存活、自我更新、分化和旁分泌在內的一係列細胞命運。了解幹細胞的機械傳感如何在3D生態位中起作用是有指導意義的，因為它將指導人們更好地了解細胞如何發育和增強其獨特功能，從而為材料設計提供指導，以重塑組織再生。然而，幹細胞如何感知來自3D幾何結構的機械信號並隨後將其傳遞到細胞核以調節細胞旁分泌功能仍不清楚。

綜上所述，該研究檢測了3D微模式引發的MSC機械信號轉導及其對旁分泌功能的影響。重要的是，在三角棱柱和長方體微模式中，YAP的激活顯著增強了MSCs的旁分泌功能，從而增強了大鼠模型中的血管化和傷口重塑。該研究表明，設計生物材料的地形特征和3D微模式力，可以很好地通過機械轉導途徑調節細胞功能，促進組織再生。

原始出處：

Yan Li， Zhenyu Zhong， Cunjing Xu， et al.3D micropattern force triggers YAP nuclear entry by transport across nuclear pores and modulates stem cells paracrine. National Science Review， nwad165， https：//doi.org/10.1093/nsr/nwad165.