在分子水平上研究细胞膜受体与外基质黏附配体的动态相互作用对于构建基于细胞黏附的运动、免疫、通讯等力学功能模型有重大意义。然而在时间和空间上对纳米尺度的黏附配体分子进行有效的动态调制一直充满挑战，原因是缺乏合适的界面材料模型和相对高效、温和的操纵策略。

  为了解决这些问题，我们此前的研究（发表于Advanced Materials, 2020, 32(29): 2002566；Advanced Materials, 2020, 32(52): 2006986；ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, 14(11): 12976-12983）提出了利用黏附配体在界面的“动态扩散”来模拟细胞与微环境的分子级动态力学相互作用的概念。我们设计了两亲性嵌段共聚物的自组装单分子层作为细胞黏附的锚定分子，通过调控配体与基底的疏水作用力来调控配体分子在基底的流动性。前期的研究中我们发现了整合素依赖性的黏附配体自发聚集现象，并初步探究了不同类型的整合素与Rho GTPase在细胞响应微环境动态刺激过程中的角色。

  在此工作中，为了进一步探究该动态体系是否能作为调控细胞应力传导信号的分子涂层工具平台，我们重点探究了以下三个问题：

            1.黏附配体分子的流动状态能否在细胞培养过程中“可编程”调控？

            2.配体流动性动态转变后对细胞铺展、张力以及相关Rho GTPase激活会产生什么变化？

            3.配体流动性动态转变后是否能长效地影响细胞分化表型的选择？

  我们首先通过对流动配体进行荧光标记，发现细胞在高流动界面上拢聚配体效应在约4小时达到巅峰，随后逐渐减弱并在24小时后消失。得益于我们在配体分子设计中使用了高效的光交联分子二苯基甲酮作为锚定分子（图1），我们成功地通过温和的光化学交联手段在细胞培养过程中将界面配体从“高流动态”转化为“静态”状态。图2a展示了细胞聚集配体造成的高亮度配体聚集区域在第4小时被完美“固定”，在24小时时仍清晰完整，而对照组则已消失，证明黏附配体分子的流动状态可以在细胞培养过程中被调控。

Figure 1. Sketch of the systems used to control surface ligand mobility.

Figure 2. “Dynamic to Static” transformation of ligand dynamics regulating cell adhesion and mechanotransduction.

  接着，我们使用基于Förster共振能量转移（FRET）技术的肌动蛋白张力探针，实时观测了配体流动性转变前后细胞内力的变化。结果显示，当细胞在4小时内自发聚集配体达到顶峰时，将高流动界面转化为静态界面时，细胞骨架张力在接下来的两个小时内迅速增加并达到平衡。同时，通过免疫染色和抑制剂实验证明，这种转化可以在24小时内提高细胞肌球蛋白的磷酸化水平，特异激活RhOA信号通路（图2b-i）。

  最后，为了验证该分子配体流动性调制过程对细胞功能长期效应影响，我们选用两种干细胞hMSCs和ADSCs进行成骨诱导分化实验。在黏附初期第4小时对干细胞黏附界面从高流动态到静态转化，7天后ALP表征结果显示该转化处理能显著提高干细胞的成骨分化能力（图3）。

Figure 3. "Sequentially" controlled ligand mobility regulates cell differentiation.

  这项研究提出了“自适应模式”和“协同模式”两种不同的分子级机械刺激模型。自适应模式下，细胞在高流动界面上能主动通过激活α5β1整合素拢聚配体分子，特异性激活Rac 信号通路，加速细胞铺展速度。而在协同模式中，我们巧妙地操作配体流动形态，使不同的整合素以及Rac和RhoA信号通路在特定时间点“依次”激活，显著提高细胞张力，并增强干细胞进行成骨分化的能力。

  该研究证明通过工程手段调控配体分子动态呈现方式能够有效调控细胞短期和长期的力学应答效应。借助该分子涂层工具优良的可操作性和对各种基底材料广泛的兼容性，这一多功能分子平台将在未来深化我们对基于细胞膜受体介导的力学信号转导中配体分子结合、运动和亲和性等生物过程的理解。

  文章第一作者是华西生物医疗国家重点实验室谢文艳博士，通讯作者是四川大学魏强研究员和香港大学侯勇博士。

  论文详情请点击：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.4c01371

魏强老师点评：

成长系列第三部，“勇”往直前

侯勇是我在德国时候的亲师弟，在自大读博的时候就跟我，算来也有7-8年了。当时勇正在读博的郁闷的阶段，我正好做group leader，勇就来找我，想一起做。

我说打算做细胞力学方向，对我们是新方向，不知道能出什么成果。勇认真思考后，决定一起挑战，一起开拓细胞力学方向。

好在化学与生物学结合，碰撞出一些新思路，课题进展顺利，到勇博士毕业时，出了一系列成果。我也因此和勇一起成功杀进细胞力学领域。

随后，推荐勇去港大褚智勤教授那里做博后，做细胞力探测的合作课题。新的机遇，让勇获取了智勤的新知识，并取得了一些优异成果，但更有意思的课题正在进行中。

预祝勇不断取得佳绩，早日拿下hyq！

这个工作其实是多年前勇读博时候做流动性配体时留下的尾巴，这几年一直没精力再去完善。年初重新捡起来，加上了我们新的程序化调控思路和细胞力探测技术，有幸发表在Nano Letters。

有意思的是，这篇NL和上一篇NL是同时投稿的，为了不冲突，这篇我让勇来投稿的。但是被主编识破，分配给了同一位副主编，以为两篇只会过一篇。结果同时送审，同时给出修改意见。上一篇小修更快发表，这一篇大修，完成新实验后发表。

祝贺勇，祝贺文艳