中大新聞網(wǎng)訊(通訊員章智琦）細(xì)胞膜在面對(duì)機(jī)械應(yīng)力，例如血流剪切力時(shí)，是如何“撐不住”的？破裂是被動(dòng)發(fā)生，還是可以被主動(dòng)調(diào)控？6月9日，中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院許杰團(tuán)隊(duì)和合作者為這個(gè)謎題提供了前所未有的答案。他們發(fā)現(xiàn)，一個(gè)名為 NINJ1 的跨膜蛋白，是控制細(xì)胞膜“脆不脆”的關(guān)鍵因子——它就像是調(diào)節(jié)膜穩(wěn)定性的“安全閥”，一旦表達(dá)升高，細(xì)胞膜對(duì)機(jī)械力的耐受力就下降，輕輕一碰就“炸了”。相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際期刊《自然》上。
一張張可被拉伸的384孔板，撬開(kāi)了細(xì)胞膜破裂背后的“力學(xué)密碼”
為了回答“是誰(shuí)讓細(xì)胞膜破掉”的問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套高通量細(xì)胞拉伸平臺(tái)：他們?cè)跓o(wú)底的384孔板底部封裝PDMS彈性薄膜，通過(guò)控制氣壓來(lái)對(duì)每孔細(xì)胞施加精準(zhǔn)的拉伸；同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的YFP熒光蛋白作為感應(yīng)器，一旦膜破裂，YFP迅速被進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的氯離子猝滅，從而實(shí)現(xiàn)“誰(shuí)破了、破多少”的快速自動(dòng)化檢測(cè)。
在這個(gè)平臺(tái)上，研究者對(duì)2726個(gè)人類(lèi)多跨膜蛋白進(jìn)行了siRNA篩選，找出那些能增強(qiáng)或減弱細(xì)胞膜在拉伸狀態(tài)下的完整性的基因。他們發(fā)現(xiàn)，排名第一的基因，是一個(gè)此前被認(rèn)為在程序性細(xì)胞中起作用的蛋白：NINJ1。
NINJ1：不僅是“執(zhí)行破裂”的終結(jié)者，更是“決定易裂”的預(yù)謀者
NINJ1（Ninjurin-1）這個(gè)名字在近年來(lái)因其在炎性壞死（pyroptosis）中誘導(dǎo)膜破裂而被廣泛關(guān)注。但許杰團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，即使在沒(méi)有任何細(xì)胞死亡信號(hào)的背景下，NINJ1依然能“讓膜變脆”。無(wú)論在THP-1、HeLa 還是293T細(xì)胞中，只要敲除NINJ1，細(xì)胞膜在拉伸應(yīng)力下就顯著更“抗壓”；反之，如果激活或過(guò)表達(dá)NINJ1，即使應(yīng)力水平不高，細(xì)胞膜也容易迅速破裂。更關(guān)鍵的是，這種破裂不是通過(guò)經(jīng)典凋亡或壞死通路觸發(fā)的，而是純粹由膜的力學(xué)脆弱性增加所致。這意味著，NINJ1不僅是細(xì)胞破裂的“執(zhí)行者”，還是將細(xì)胞置于“易裂狀態(tài)”的策劃者。
模擬血流剪切力：在類(lèi)似生理流體環(huán)境中，NINJ1依然掌握“引爆權(quán)”
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步使用體外流體刺激裝置模擬體內(nèi)血流環(huán)境，發(fā)現(xiàn)在剪切速率達(dá)到生理高值（>2000 s?1）時(shí)，預(yù)處理的THP-1細(xì)胞若缺失NINJ1，即使受到強(qiáng)烈刺激，質(zhì)膜破裂幾率也較野生型大大減低，釋放的雙鏈DNA的等大尺寸DAMP也顯著減少。也就是說(shuō)，NINJ1 可能是連接“受傷”和“發(fā)炎”的那一環(huán)：如果沒(méi)有它，細(xì)胞即使內(nèi)在處于激活狀態(tài)，也不太可能通過(guò)機(jī)械方式釋放危險(xiǎn)信號(hào)。
不是“感知”力，而是“制造”脆弱：從通道到裂口的概念性延伸
過(guò)去我們談機(jī)械感應(yīng)受體，往往指的是以PIEZO1/2為代表的機(jī)械力敏感離子通道，它們通過(guò)感知張力變化打開(kāi)離子通路，引發(fā)鈣流和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。而NINJ1不是傳統(tǒng)意義上的通道，而是能改變質(zhì)膜的力學(xué)屬性——讓膜提前進(jìn)入“易裂”的狀態(tài)。研究人員推測(cè)，激活后的NINJ1成為了細(xì)胞膜上的脆弱點(diǎn)，通過(guò)多種可能性改變細(xì)胞膜的局部生物力學(xué)特性，降低細(xì)胞膜破裂的閾值，這就像給細(xì)胞膜局部打上了郵票撕拉孔，這讓細(xì)胞膜從原本的“橡皮”變成了“玻璃”，一旦外力觸發(fā)，就會(huì)發(fā)生破裂。
意義不止細(xì)胞死亡：新的免疫調(diào)控靶點(diǎn)？
在組織應(yīng)力頻繁變化的生理或病理狀態(tài)下——比如創(chuàng)傷、肺部感染、血管損傷、腫瘤浸潤(rùn)等——細(xì)胞膜破裂與否，將直接決定炎癥因子是否釋放，免疫細(xì)胞是否聚集，局部組織是否進(jìn)入持續(xù)激活狀態(tài)。NINJ1作為一個(gè)調(diào)控膜破裂閾值的“開(kāi)關(guān)分子”，無(wú)疑成為了炎癥和免疫控制的潛在靶點(diǎn)。該研究為治療主動(dòng)脈夾層、創(chuàng)傷性腦損傷等力學(xué)相關(guān)疾病提供了新靶點(diǎn)，而針對(duì)NINJ1的抗體或小分子抑制劑，或?qū)⒊蔀楸Ｗo(hù)細(xì)胞膜、減輕組織損傷的新策略；同時(shí)其研發(fā)的高通量拉伸平臺(tái)有望加速機(jī)械敏感離子通道抑制劑的開(kāi)發(fā)。
