研究揭示早期凋亡細胞內的轉運加速現象及機理

細胞凋亡是一類程序性細胞死亡，它在胚胎發育、組織形成、體內細胞平衡甚至癌癥發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/北京凝聚態物理國家研究中心軟物質重點實驗室王鵬業研究組博士生李波，在研究員王鵬業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），發現在早期凋亡細胞內（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，最終發現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，研究者通過調節滲透壓將細胞內的轉運動力學降低至正常水平，發現細胞凋亡的進程發生延遲，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，該工作發現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。