Nature：集體細(xì)胞行為的力學(xué)生物學(xué)

Key Points

• 在體內(nèi)的許多生物學(xué)情況下，包括形態(tài)發(fā)生過程中的組織成形、組織修復(fù)和癌癥侵襲，細(xì)胞不是作為單個(gè)個(gè)體移動，而是作為一個(gè)集體移動。

• 支持集體動力學(xué)的兩個(gè)主要機(jī)制：極化集體細(xì)胞遷移和涉及多細(xì)胞肌動球蛋白結(jié)構(gòu)的細(xì)胞群的協(xié)調(diào)收縮過程。

• 利用微型設(shè)備的體外傷口愈合試驗(yàn)已成為研究集體細(xì)胞行為的模型。這種體外方法是實(shí)現(xiàn)從分子到多細(xì)胞水平的多尺度分析的最重要的方法。

• 與單個(gè)細(xì)胞相比，集體細(xì)胞遷移不僅依賴于與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用，還依賴于與鄰近細(xì)胞的相互作用。

• 協(xié)調(diào)運(yùn)動強(qiáng)烈依賴于通過基于機(jī)械敏感性鈣粘蛋白的粘附的細(xì)胞間相互作用。

• 細(xì)胞協(xié)調(diào)是一種機(jī)械調(diào)節(jié)的多尺度過程，整合了分子、細(xì)胞和多細(xì)胞尺度的事件，它發(fā)生的時(shí)間尺度范圍很廣，從毫秒到幾分鐘到幾天。

細(xì)胞集體行為的重要性：在發(fā)育、癌癥進(jìn)展和組織重塑等生物過程中，細(xì)胞集體行為依賴于細(xì)胞間的相互作用以及細(xì)胞與周圍細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的相互作用。

  Figure 1 | Cell movements from single to collective dynamics

集體遷移和細(xì)胞重組：集體遷移（如爬行）在發(fā)育過程中至關(guān)重要，例如在果蠅和斑馬魚中的遷移。集體細(xì)胞重組由整個(gè)上皮層的協(xié)調(diào)收縮過程驅(qū)動，對組織塑形同樣重要。

細(xì)胞間的力學(xué)耦合：細(xì)胞通過細(xì)胞-基質(zhì)和細(xì)胞-細(xì)胞粘附點(diǎn)的力學(xué)耦合來傳遞力量。這些機(jī)制由細(xì)胞-基質(zhì)界面和細(xì)胞-細(xì)胞連接處的力學(xué)敏感粘附復(fù)合物調(diào)控。

細(xì)胞環(huán)境的物理屬性：細(xì)胞環(huán)境的物理屬性，如基質(zhì)剛度、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、幾何形狀和外部力量的應(yīng)用，可以改變集體細(xì)胞行為、組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞產(chǎn)生的力量。

體外模型和物理模型：文章討論了體外模型在多尺度分析（從分子到多細(xì)胞水平）中的作用，以及各種物理模型在理解集體細(xì)胞行為中的重要性。

細(xì)胞運(yùn)動的機(jī)制：包括極化集體細(xì)胞遷移和肌動蛋白電纜的協(xié)調(diào)收縮性。

細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的角色：細(xì)胞間的協(xié)調(diào)運(yùn)動依賴于通過細(xì)胞-細(xì)胞連接的相互作用。

集體細(xì)胞行為中的力量特征：包括細(xì)胞對ECM施加的力量以及在細(xì)胞間接觸點(diǎn)施加的力量。

細(xì)胞耦合的機(jī)制：涉及細(xì)胞骨架、細(xì)胞-ECM和細(xì)胞間粘附的分子組件，它們在提供運(yùn)動所需的力量和細(xì)胞間機(jī)械耦合中發(fā)揮作用。

物理限制的影響：文章還討論了體外研究中控制環(huán)境對集體細(xì)胞動態(tài)的影響，包括外部力量、限制條件、ECM的物理屬性和ECM重塑。