清華新聞網(wǎng)8月5日電 重力作為生物體持續(xù)面臨的物理環(huán)境因素，在大多數(shù)生物學(xué)研究中卻長(zhǎng)期處于被忽視的狀態(tài)。但在脊椎動(dòng)物由水生向陸生的演化過(guò)程中，生物體對(duì)重力的適應(yīng)無(wú)疑是關(guān)乎生存的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與水生環(huán)境中浮力對(duì)重力的緩沖作用不同，登陸意味著生物體需以四肢支撐體重，直面來(lái)自重力的全新挑戰(zhàn)。尤其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，掌跖（手掌與足底）皮膚作為身體與地面接觸的核心區(qū)域，在有限的接觸面積內(nèi)承載了體重帶來(lái)的巨大壓強(qiáng)。該部位皮膚如何在長(zhǎng)期且高強(qiáng)度的機(jī)械負(fù)荷下維持其結(jié)構(gòu)完整性、組織形態(tài)和屏障功能，是一個(gè)既有趣又極富生物學(xué)意義的問(wèn)題。然而，相關(guān)機(jī)制迄今仍缺乏系統(tǒng)性的研究與深入闡釋。
2025年8月4日，清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院陳婷實(shí)驗(yàn)室在《Cell》雜志上發(fā)表題為皮膚適應(yīng)陸生運(yùn)動(dòng)的機(jī)械力抵抗機(jī)制（A mechano-resistance mechanism in skin adapts to terrestrial locomotion）的研究論文。該研究以與陸生動(dòng)物同步出現(xiàn)、且在掌跖表皮特異性表達(dá)的Slurp1基因?yàn)榍腥朦c(diǎn)，揭示其編碼的SLURP1蛋白可維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（Endoplasmic reticulum, ER）鈣泵SERCA2b在機(jī)械壓力下的通道活性，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞內(nèi)鈣離子穩(wěn)態(tài)，確保表皮在巨大機(jī)械壓力下維持正常的組織形態(tài)和屏障功能。
表皮的機(jī)械力抵抗機(jī)制模型
該研究揭示了進(jìn)化史上的巧妙“設(shè)計(jì)”——想上岸，要抗壓！脊椎動(dòng)物登陸后，表皮細(xì)胞演化出ER膜相關(guān)的機(jī)械力抵抗機(jī)制，用于應(yīng)對(duì)重力等機(jī)械壓力并維持組織穩(wěn)態(tài)。然而，這一發(fā)現(xiàn)也提出了新的科學(xué)問(wèn)題——機(jī)械力如何調(diào)控SERCA2b的功能。目前關(guān)于機(jī)械力作用于細(xì)胞器的研究仍屬空白領(lǐng)域。該發(fā)現(xiàn)不僅深化了對(duì)皮膚機(jī)械力響應(yīng)的認(rèn)識(shí)，更為“細(xì)胞器機(jī)械感應(yīng)”這一新興研究方向奠定了基礎(chǔ)。
北京生命科學(xué)研究所/清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院陳婷研究員為論文的通訊作者。陳婷實(shí)驗(yàn)室的博士后狄若男和博士研究生杜倩倩（PTN項(xiàng)目）為論文的共同第一作者。該論文的其他作者包括陳婷實(shí)驗(yàn)室的謝煜驊博士、盧延華和高文軒；北京腦科學(xué)與類(lèi)腦研究所的儀器儀表中心主任張壘；北京生命科學(xué)研究所的生物儀器中心主任齊曉莉博士，影像中心主任李蛟博士及其團(tuán)隊(duì)成員范艷艷，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中心主任王鳳超博士，以及蛋白質(zhì)組中心主任陳涉博士。該研究由國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市自然科學(xué)基金、新基石科學(xué)基金會(huì)“科學(xué)探索獎(jiǎng)”、清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)交叉研究院以及北京生命科學(xué)研究所資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.07.012
供稿：生物醫(yī)學(xué)交叉研究院
編輯：邱收
審核：王曉霞
