不同微生理与中尺度剪切平台中机械适应性成纤维细胞重塑的超微结构与蛋白质组学特征

组织微环境中的机械生物学线索日益驱动炎症性肠病（IBD）中的病理性成纤维细胞活化，但用于模拟这一转变的工程化平台仍然有限。在本研究中，采用微流控肠道芯片微生理系统和介观流体旋转振荡器，证明持续性流体剪切应力单独即可驱动原代正常人肠道成纤维细胞发生不可逆的促纤维化表型转换，并且该应力是这一转换发生的必要且充分条件。在这两种平台中，来自小肠和大肠的正常成纤维细胞均可在72小时内重复性地自组织形成三维（3D）多细胞聚集体，且与剪切力施加方式无关，表明该转变受机械剂量而非装置几何结构所决定。形成的聚集体获得了显著的α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）表达，并伴有排列有序的应力纤维，这与α-SMA阴性的亲本细胞群形成对比。扫描电子显微镜（SEM）显示，细胞嵌入微纤维状细胞外网络中，形成致密排列的细胞微结构；而超微结构连续块面扫描三维电子显微镜则揭示了广泛的细胞间隙、随机分布的纤维状突起，以及位于细胞边界处的高电子密度胞质物质。蛋白质组学分析进一步证实，核心基质组组分富集，其中包括多种胶原亚型和基质金属蛋白酶。综上，这些结果确立了流体剪切应力作为一种与平台无关且足以触发成纤维细胞向机械适应性表型转变的机械刺激，并表明微生理剪切平台可作为模拟和靶向IBD早期纤维化发生过程的便捷工具。

组织微环境中的机械生物学线索日益驱动炎症性肠病（IBD）中的病理性成纤维细胞活化，但目前用于模拟这一转变的工程化平台仍十分有限。在本研究中，研究人员采用微流控肠道芯片微生理系统和介观流体旋转摇床，证实仅持续性流体剪切应力即足以且为必要条件，可驱动原代正常人肠道成纤维细胞发生不可逆的促纤维化表型转换。在这两种平台中，分别来源于小肠和大肠的正常成纤维细胞均可在72小时内重复性地自组织形成三维（3D）多细胞聚集体，且不受剪切力施加方式的影响，表明该转变由机械负荷剂量而非装置几何结构所决定。形成的聚集体获得了强劲的α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）表达，并伴有排列规整的应力纤维，这与α-SMA阴性的亲本细胞群形成鲜明对比。扫描电子显微镜（SEM）显示，细胞嵌入微纤维状细胞外网络中，形成致密的细胞微结构；而超微结构串行块面三维电子显微镜揭示了广泛的细胞间隙、随机分布的纤维状突起，以及位于细胞边界处的电子致密胞质物质。蛋白质组学分析证实，核心基质组组分得到富集，其中包括多种胶原亚型和基质金属蛋白酶。综上，这些结果确立了流体剪切应力作为一种不依赖平台且足以触发成纤维细胞向机械适应性表型转变的机械刺激，并表明微生理剪切力平台可作为研究和靶向IBD早期纤维化发生过程的实用工具。

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🏷️ 机械生物学 肠道成纤维细胞 流体剪切应力 肠道芯片 细胞外基质重塑 蛋白质组学