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触发波是由正反馈介导的行进波，能够在传播过程中保持速度不减慢、振幅不衰减，从而实现仅凭扩散无法完成的远距离生化协调。已有研究表明，在非洲爪蟾卵细胞和卵细胞提取物中，凋亡可通过半胱天冬酶活性触发波的形式传播。我们测量了处于两种细胞周期状态的提取物中的凋亡波速，发现与间期提取物相比，处于细胞静止因子（cytostatic factor，CSF）诱导的M期阻滞状态的提取物中，波的传播速度更慢（分别为21和27 μm min⁻¹）。Luther方程 \(v=2\sqrt{D\kappa}\) 根据扩散系数 \(D\) 和正反馈倍增速率 \(\kappa\) 预测波速。然而，两种提取物中的 \(D\) 和 \(\kappa\) 基本相当，无法解释波速差异。这一矛盾凸显了经典方程的一个关键局限：它未考虑触发波启动时的激活阈值；事实上，我们发现触发凋亡所需的阈值在不同细胞周期状态之间存在差异。因此，我们扩展了Luther方程，将这一阈值纳入其中，得到 \(v\propto\sqrt{AD/U_c}\)，其中 \(A\) 为反应速率，\(U_c\) 为激活阈值。通过扰动凋亡敏感性，我们验证了理论预测的阈值—速度关系。这些发现确立了激活阈值是决定触发波速度的关键因素，并为预测开关样生化信号的传播提供了一种具有广泛适用性的标度定律。
james.ferrell{at}stanford.edu
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触发波是由正反馈介导的传播波，能够在传播过程中保持速度不减、振幅不衰减，从而实现仅凭扩散无法完成的远距离生化协调。在爪蟾卵和卵提取物中已有研究表明，细胞凋亡可以以半胱天冬酶活性触发波的形式传播。我们测量了处于两种细胞周期状态的提取物中的细胞凋亡波速，发现与间期提取物相比，处于 M 期阻滞状态的细胞抑制因子（CSF）提取物中的波传播得更慢（分别为 21 和 27 μm min⁻¹）。Luther 方程 v=2√Dκ 根据扩散系数 D 和正反馈倍增速率 κ 预测波速。然而，两种提取物中的 D 和 κ 均具有可比性，无法解释波速差异。这一差异凸显了经典方程的一个关键局限：它没有考虑触发波启动时的激活阈值；事实上，我们发现触发细胞凋亡所需的阈值在不同细胞周期状态之间存在差异。因此，我们将该阈值纳入 Luther 方程，得到 v∝√(AD/U_c)，其中 A 为反应速率，U_c 为激活阈值。对细胞凋亡敏感性的扰动证实了所预测的阈值—速度关系。这些发现确立了激活阈值是决定触发波速度的关键因素，并为预测开关样生化信号的传播提供了一种具有广泛适用性的标度定律。
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发布于 2026 年 10 月 06 日。
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激活阈值决定生化触发波的速度
Zhengda Li
James E Ferrell Jr.
bioRxiv
2026.10.01.756064；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.10.01.756064
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https://doi.org/10.64898/2026.10.01.756064
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.01.756064v1?rss=1
🏷️ 触发波 凋亡信号传播 激活阈值 生化反应扩散 Luther方程 细胞周期