基于整合素内吞现象探索基质弹性诱导干细胞分化的信号通路

胞外基质弹性诱导间充质干细胞分化是有趣而又广受关注的话题。本课题组在前期工作中发现：软基底能触发小窝蛋白介导的beta1整合素内吞；该内吞过程可能参与调控间充质干细胞世系分化中的重要通路- - 骨形态蛋白（Bone Morphogenetic Protein, BMP）-Smad通路。综合前期研究成果和国内外最新文献，我们认为：基底刚度影响了整合素/基质蛋白复合物上的外力加载速率，导致较软基底上的整合素易解离，因而促使整合素携带BMP受体被内吞，使BMP-Smad通路受抑制，最终导致较软基底上的间充质干细胞向成神经系分化。本项目将引入原子力显微镜、牵引力显微镜和免疫电镜等实验手段，在前期工作基础上深入研究基质弹性影响整合素内吞的现象和机理，以及整合素的活化、运输与BMP-Smad通路之间的精确关系，以期深入理解胞外基质弹性诱导细胞分化以及功能改变的奥秘。

在四年中本研究主要取得以下研究成果：1、建立了小窝蛋白介导的内吞囊泡形成过程的力学模型，分析表明小窝蛋白介导的内吞囊泡对力学环境不敏感；2、ECM弹性在细胞牵引力的参与下通过改变β1整合素与I型胶原结合键上的加载速率影响该结合键的寿命；3、改变β1整合素手配体复合物上的加载速率即可调控间充质干细胞分化方向；4、确定了整合素与BMPR1A结合区域，从而解释了整合素内吞导致BMP信号通路受阻的机理；5、较硬的ECM可以通过整合素/FAK/GSK3β信号通路促进β−catenin聚集并导致Wnt1转录表达，触发β−catenin/Wnt1正反馈通路。上述研究结果分别撰写为四篇论文，其中三篇分别在Soft Matter, Journal of Biomechanics, ACS Nano上发表；一篇向Scientific Reports 投稿现在正在进行第三轮审稿。