細胞 ~ 在體外的呼吸律動

細胞並非靜止不動的

　　你是否想過，我們每次呼吸時，肺部細胞其實在經歷一場“健身操”？但傳統細胞培養通常將細胞置於靜止的培養皿中，忽略了體內細胞時刻在經歷的機械刺激。在這項發表於《International Journal of Molecular Sciences》的研究《Quantitative Phosphoproteomics Reveals Cell Alignment and Mitochondrial Length Change under Cyclic Stretching in Lung Cells》中，研究者借助 ATMS（Automated Tension-Maintaining System）動態培養系統的週期性拉伸裝置，通過精准的力學刺激讓細胞重現體內呼吸時的力學環境--研究中採用 10% 細胞表面積（CSA）變化、1Hz 頻率的單軸拉伸，讓細胞在體外“呼吸”起來。當拉伸力如呼吸般起伏，細胞不再平躺，而是“站”成佇列（沿著拉伸垂直方向），線粒體也隨之“伸懶腰”（磷酸化蛋白質組變化），在動態中暴露了機械信號傳導的分子路徑。

圖1 迴圈拉伸誘導的磷酸化蛋白質組學分析的實驗程式和工作流程。

核心優勢體現：

·生理相關性突破：相比靜態培養，ATMS 系統讓細胞在動態力學刺激下呈現出與體內一致的反應，如細胞垂直於拉伸方向排列（圖 2 B），這與肺部組織在呼吸運動中的重構模式高度吻合。

·動態力學調控：可精確調節拉伸幅度、頻率和時間，例如研究中分別設置 15 分鐘、30分鐘、60分鐘及 24小時的拉伸時長（圖2 B），從而捕捉不同時間尺度下細胞的回應差異。

圖2 基於圖像的迴圈拉伸誘導的細胞重排定量。

從模糊觀察到數位的精准操控與定量分析

　　ATMS 系統的核心競爭力在於其高度可控的參數調節能力和定量分析體系。研究者不僅能精准設定拉伸條件，還能結合磷酸化蛋白質組學等技術，從分子層面解析機械信號的傳導路徑。

技術亮點解析：

·多維度參數調控：通過ATMS系統，可獨立控制拉伸幅度（如 10% CSA）、頻率（1Hz）、方向（單軸）和時長，實現對機械刺激的精准建模。例如研究中發現 24 小時拉伸可顯著誘導細胞骨架重構和線粒體長度增加（圖 3B-E）。

·定量蛋白質組學整合：結合HAMMOC 磷酸肽富集和 LC-MS/MS 技術，在 A549 和 IMR-90 細胞中分別鑒定到2048個和2604個磷酸化位點，發現機械拉伸可啟動細胞骨架、線粒體動態相關的磷酸化信號通路（圖 4A-D）。

連接實驗室和臨床的橋樑

　　ATMS 動態培養系統不僅是一種技術革新，更是連接體外研究與體內生理的 “翻譯器”。它讓細胞在培養皿中“呼吸”，讓機械信號在分子層面“說話”。隨著技術的不斷反覆運算，我們相信，ATMS 將成為推動精准醫學和再生醫學發展的核心工具，為人類健康帶來更多突破性發現。