近日，生物物理学国际知名学术期刊《Annual Review of Biophysics》在线发表了瓯江实验室/温州医科大学附属第一医院包敏研究员与合作者的综述文章，强调了细胞体积调节力学信号转导的关键作用，并指出了通过调控细胞体积来控制细胞命运、减轻疾病相关损伤和促进受损组织愈合的可能性。

细胞作为所有生命系统的基本单元，包含数百万的大分子，并能够对其所在微环境中存在各种信号做出响应。微环境刚度、拓扑和空间限制等都可以通过力学信号转导过程调节细胞功能。近年来，科学家们在揭示细胞如何将不同力学信号转化为生化信号方面做出了很多重要的研究工作。力学信号转导（mechanotransduction）能将复杂的力学信号，如刚度和挤压力等，转化为细胞行为和功能的变化。有趣的是，这些引起力学转导的基本物理属性也能引起细胞体积的显著变化。细胞体积作为细胞的动态属性，可以不断地响应外部和内部信号的变化。

图一 细胞体积在2D和3D环境中的调节

细胞体积虽小，但在维持细胞功能和组织健康中发挥着关键作用。比如，肿瘤细胞常常展现出与正常细胞不同的力学特性和体积调节能力，从而影响自身的生存、增殖和转移。心肌细胞的体积变化对心脏的收缩功能有直接影响，体积的异常调节可能导致心脏病、高血压等心血管疾病。随着年龄的增长，细胞体积调节和力学信号转导的能力可能会下降，这可能是细胞功能下降和组织老化的原因之一。老化的细胞无法有效地响应机械压力或维持适当的体积，从而导致细胞功能障碍和组织退化。这些例子强调了细胞体积调节和力学信号转导在维持健康和疾病中的重要性，也提示了通过调节细胞体积和力学信号转导作为治疗各种疾病的潜在策略。

文章指出，细胞体积对细胞行为的影响可能主要与内部大分子浓度的变化有关。细胞体积变化（无论是膨胀还是收缩）会直接影响细胞内的大分子（如蛋白质、RNA等）的浓度。这种变化影响了细胞内的宏观分子拥挤程度，进而影响了多种生化反应和细胞过程。高度拥挤的环境可以加速某些反应，同时可能抑制其他反应，因为分子之间的碰撞更频繁，反应物之间找到彼此的机会增加了。同时，体积减小导致的高浓度的大分子环境可以改变蛋白质的折叠路径和稳定性，有时候促进正确折叠，有时可能导致错误折叠或聚集。

图二 细胞体积介导的力学信号转导

图三 细胞体积影响细胞内部大分子浓度

尽管细胞体积在力学转导中的作用非常重要，但哺乳动物细胞体积调节及其对力学转导的影响的机制仍然不完全被理解。在疾病或衰老的背景下，细胞体积的调节机制可能会发生变化，而这些变化的具体机制也不清楚。明确疾病或衰老过程中细胞体积调节机制的异常是至关重要的，因为这可能为新的治疗策略提供靶点。例如，如果我们能够理解并干预导致细胞体积异常的具体分子路径，我们可能能够开发出新的方法来恢复细胞的正常体积，从而恢复其正常功能或阻止病理过程的发展。这些研究将有助于我们更好地理解细胞体积如何影响细胞功能，并可能为疾病治疗提供新的策略。

包敏研究员与荷兰拉德堡德大学的Wihelm Huck教授为本文共同通讯作者，四川大学谢静研究员为本文的第一作者。瓯江实验室为本文的第一通讯单位。

原文衔接：https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-biophys-030822-035656