細(xì)胞的胞質(zhì)分裂過(guò)程是細(xì)胞有絲分裂產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞的關(guān)鍵過(guò)程，在胞質(zhì)分裂過(guò)程中細(xì)胞形態(tài)發(fā)生劇烈變化，細(xì)胞內(nèi)容物快速完成分配。細(xì)胞的胞質(zhì)分裂過(guò)程決定了子細(xì)胞的命運(yùn)并對(duì)子細(xì)胞的生命活動(dòng)與生理功能具有重要影響。胞質(zhì)分裂過(guò)程異常可能導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生，如癌癥、神經(jīng)性疾病以及血液疾病等。細(xì)胞的胞質(zhì)分裂過(guò)程是一個(gè)高度依賴(lài)于力學(xué)調(diào)控的過(guò)程。已有研究顯示，細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂過(guò)程時(shí)，細(xì)胞內(nèi)外的壓力差——Laplace壓力可增加到十倍以上。Laplace壓力的增加促進(jìn)了有絲分裂細(xì)胞的圓化，對(duì)細(xì)胞有絲分裂過(guò)程的順利進(jìn)行具有重要意義。然而，Laplace壓力對(duì)于細(xì)胞胞質(zhì)分裂過(guò)程的生理意義目前尚不明確。

　　中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LNM）“生物及仿生材料力學(xué)”研究團(tuán)隊(duì)助理研究員李龍和研究員宋凡以Laplace壓力為切入點(diǎn)，圍繞胞質(zhì)分裂過(guò)程的力學(xué)調(diào)控機(jī)制，逐層深入地開(kāi)展研究工作。

　　研究通過(guò)改變細(xì)胞外溶液的滲透壓調(diào)節(jié)胞質(zhì)分裂過(guò)程中細(xì)胞的Laplace壓力，并利用微管吮吸系統(tǒng)測(cè)出Laplace壓力的變化。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究胞質(zhì)分裂過(guò)程中細(xì)胞形態(tài)變化、細(xì)胞出泡以及細(xì)胞分裂對(duì)稱(chēng)性與Laplace壓力的內(nèi)在關(guān)聯(lián)規(guī)律發(fā)現(xiàn)，隨著Laplace壓力的增加，細(xì)胞出泡的尺寸增加，數(shù)目減少（圖1A），細(xì)胞出泡在胞質(zhì)分裂早期占的比例增加（圖1B）。研究還發(fā)現(xiàn)，Laplace壓力越大，細(xì)胞分裂對(duì)稱(chēng)性越好（圖1C）。利用活細(xì)胞免疫熒光技術(shù)與局部顯微給藥技術(shù)，研究揭示出細(xì)胞通過(guò)Laplace壓力調(diào)控分裂對(duì)稱(chēng)性的機(jī)制：在胞質(zhì)分裂過(guò)程中，Laplace壓力通過(guò)調(diào)控細(xì)胞的出泡過(guò)程對(duì)細(xì)胞兩極邊界的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制細(xì)胞分裂的對(duì)稱(chēng)性（圖2）。該研究闡明了胞質(zhì)分裂期Laplace壓力在細(xì)胞胞質(zhì)分裂過(guò)程中的生理作用，提出了新的調(diào)控細(xì)胞分裂對(duì)稱(chēng)性的力學(xué)機(jī)制，深化了對(duì)Laplace壓力在細(xì)胞生命過(guò)程中作用的認(rèn)識(shí)。

　　相關(guān)研究成果以Effects of the Laplace Pressure on the Cells during Cytokinesis為題，發(fā)表在iScience上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)等的資助。

　　論文鏈接

圖1.Laplace壓力對(duì)胞質(zhì)分裂過(guò)程細(xì)胞出泡（A、B）、與細(xì)胞分裂對(duì)稱(chēng)性（C）的影響

圖2.Laplace壓力調(diào)控細(xì)胞分裂對(duì)稱(chēng)性的機(jī)制