樊春海院士、邵志峰：纳米机械力引发细胞自噬研究取得新进展

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机械力刺激在细胞生长、分化与通讯等重要生命活动中发挥关键作用。近年来，机械门控离子通道蛋白Piezo的发现为在分子水平理解机械力对于生物体的作用奠定了基础。然而，如何在单细胞水平定量分析机械力对于细胞效应的作用仍然是一个难题。近日，上海交通大学樊春海院士、邵志峰教授与中国科学院上海高等研究院胡钧研究员、李宾研究员等合作，建立了基于原子力显微镜-荧光显微镜联用的平台，可在单细胞和细胞群水平精确施加纳米机械力刺激，并实时观察了细胞的自噬响应。该工作以“Nanomechanical Induction of Autophagy-Related Fluorescence in Single Cells with Atomic Force Microscopy”为题，发表于Advanced Science杂志。

图1：“纳米针灸”：活细胞在原子力显微镜探针施加的纳米机械力刺激下产生自噬响应。

        自噬（autophagy）是细胞组分降解与再利用的基本过程，是细胞演化出的重要“清洁”机制之一，对维持细胞内稳态至关重要，并与癌症、神经退行性变、自身免疫性疾病等诸多疾病相关。之前的研究已表明，针灸可以通过机械力刺激促使特定器官进入自噬状态，从而对机体产生治疗作用。因而，在单细胞水平、纳米空间尺度上定量研究机械力与细胞自噬的关系，有着重要意义。本研究建立的在纳米尺度上对单个活细胞进行精确力学刺激的方法（“纳米针灸”），为探索细胞自噬与机械力刺激的关系提供了一个可靠的模型和定量研究平台。实验中观察了在纳米力作用下单细胞的自噬响应，并观测到相邻的接触和非接触细胞中自噬体形成、降解和传导的过程。研究发现，细胞的自噬响应水平与机械力的大小与作用面积密切相关。而相邻细胞通过缝隙连接依赖机制亦可产生自噬响应，这表明机械力刺激下的细胞自噬过程存在远程传递的可能性。这种基于原子力显微镜的纳米针灸平台，可以作为一种工具阐明生物系统机械力刺激机制，并为生物力学疗法提供了一个精确的模型研究体系。
       原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202102989


      


       文章来源：上海交通大学
       樊春海，上海交通大学教授，中国科学院院士。主要从事核酸分析化学、DNA纳米技术、生物光子学方面的研究。至今累计在Nature、Nature子刊等发表SCI论文300余篇（引用约3万次，H因子87）。已申请8项美国、国际专利和50余项中国专利。美国科学促进会会士(AAAS)、美国医学与生物工程院(AIMBE)、英国皇家化学会会士(RSC)、国际电化学学会会士(ISE)、全球高被引科学家、国家自然科学二等奖、上海市自然科学一等奖、美国化学会测量科学进展讲座奖、第十二届中国青年科技奖、中国科学院杰出青年科学家奖、国家万人计划领军人才、“百千万人才”国家级人选、中国分析测试协会科学技术奖一等奖、上海市领军人才等。
       邵志峰，上海交通大学王宽诚讲席教授，AAAS Fellow，AIMBE Fellow。1982年南京大学物理系本科毕业，通过李政道先生主持的CUSPEA计划赴美深造，于1988年获芝加哥大学物理学博士学位。1989-2010年执教弗吉尼亚大学医学院生理学与生物物理学系，1998年晋升终身正教授。2009全职回国组建上海系统生物医学研究中心，现任致远创新中心常务副主任。担任多种学术期刊编委，并任Nanomedicine副主编。迄今已在Annual Review of Cell and Developmental Biology、Advances in Physics、Quarterly Reviews of Biophysics、Accounts of Chemical Research等权威学术期刊发表评述文章近20篇，SCI论文200余篇，授权专利16项（包括美国6项）。研究方向包括自组装纳米孔、细胞结构生物学、肿瘤基因组学、多尺度多维度成像等。旅美期间曾担任美国电报电话公司Bell Labs（电子束刻蚀和微加工）顾问，美国能源部人类基因组计划评审团专家，美国NSF与NIH常任评审专家，并承担威康信托基金会、老年性痴呆协会、美国心脏协会以及欧盟、加拿大等研究项目的评审，并担任中科院海外评审专家。回国后曾任科技部中医基础理论专家组成员、基金委炎癌转化重大研究计划专家组成员。