物理作用力：掌控生物命运的另一把钥匙2017-08-17 09:31·科学网自达尔文时代起，物理作用力对生物体的影响就被研究者大大低估。然而，上世纪80年代兴起的一个物理学、生命科学、工程学等学科交叉的前沿领域——力学生物学，正在探究外界的机械刺激对细胞、组织及个体命运的重要影响，帮助解开生命的各种谜题。近日，新加坡国立大学力学生物学研究所（MBI）的负责人埃里克·王就最新研究在该大学举行了学术报告会。据介绍，力学生物学的基本概念为：生物细胞可以感知外界的机械作用力；而力学生物学研究的主要任务，即是探究外界的机械刺激如何被生物体感知，并转换为生物化学信号，继而影响细胞及组织的增殖、发育等生命活动。埃里克·王报告中的主角，是一对名叫YAP和YAZ的蛋白。YAP和YAZ，以及控制它们的Hippo通路，早已被生物学领域熟知。Hippo 是一个庞大的包含多个生物调控因子的网络，可以调节器官发育的大小、抑制肿瘤生成，而YAP/YAZ作为Hippo通路下游的功能因子，可以调控细胞增殖、存活与分化，也是潜在的“促癌因子”。研究者早已发现，外界的机械刺激可以影响细胞、组织的发育或恶化，而近年来的力学生物学研究，将这一现象同YAP/YAZ和Hippo通路联系起来：除了执行传统的生物化学功能，YAP/YAZ还具有感受机械信号，并将其转化为生物化学信号的独特作用。反复的拉伸与复原，是生物组织，特别是软组织在生命活动中经常感受到的机械信号之一。科学家们发现，外界的拉伸及复原刺激，可以在YAP等蛋白的参与下，加快成纤维细胞的生长速度，并促进应力纤维的形成，而这种纤维与细胞间黏着、细胞迁移、细胞形态发生有重要关系。近年来的研究发现，YAP/YAZ 的活性受到细胞微环境（比如细胞附着面的硬度与拓扑结构）的严格调控。另外，细胞的骨架重构、形态的拉伸也会激发YAP/YAZ调控细胞的发育、分化或恶性化。YAP/YAZ 的相关研究，让科学家看到了力学生物学手段与传统生物学手段在解构生命蓝图上的高度互补作用；特别是在生命科学重点关心的干细胞分化阶段，以及涉及细胞再生的伤口愈合、组织修复等过程中，机械刺激扮演的角色正在逐渐浮出水面。科学家还需要弄清楚细胞内的各种生物元件如何进行团队协作，如何将感受到的机械信号转换为调控复杂生命功能的生物化学信号；还需要探索机械刺激在细胞与细胞之间、细胞与基质之间的传导机制，了解相邻的细胞与基质如何通过“力”来通话。在组织层面，力学生物学研究可能更有实际意义：正在发育中的胚胎、受损后等待修复的成体组织，都是生命科学与医学之“手”难以干预的“黑箱”。 （陶朵朵编辑）《中国科学报》 (2017-08-17 第6版 前沿)
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