細胞~機械與酸堿的雙感開關

在酸性環境中掌控細胞

跑完五公里的傍晚，小腿肌肉總像被撒了把酸梅粉——又脹又刺的感覺裡，藏著身體裡一場悄無聲息的“信號大會”。肌肉細胞正被運動帶來的拉伸力“推搡”，周圍環境又因為乳酸堆積變酸，就像同時接到兩個模糊指令，細胞是怎麼同時讀懂這些物理和化學信號的呢？發表在《Current Biology》的研究《Coincidence Detection of Membrane Stretch and Extracellular pH...》揭示了一個關鍵角色——質子感應受體OGR1（GPR68），它如同一個“雙重開關”，只有在細胞外酸性環境與膜拉伸同時存在時才會被啟動。

“酸度”與“機械力”的共探測器

OGR1是一種G蛋白偶聯受體（GPCR），此前已知其能回應細胞外質子（即酸性環境），但研究團隊發現一個意外現象：當細胞處於柔軟基質（如0.2 kPa）時，即使環境酸性很強，OGR1也幾乎不啟動；而在堅硬基質（>1 GPa）上，酸性環境能強烈啟動 OGR1，這暗示 OGR1 的啟動可能依賴於機械力的協同作用。

圖 1.OGR1介導的細胞內Ca²⁺庫中Ca²⁺的釋放具有基質剛度依賴性

操控細胞的“機械舞臺”  

為了驗證機械力對OGR1 的影響，研究團隊使用了ATMS 單軸應變拉伸設備，將DAOY 細胞接種在 ATMS設備的柔性膜上，通過調節柔性膜片的形變改變其剛度，對貼附在膜上的細胞施加單軸拉伸，類比生理狀態下的組織機械應力。對細胞分別進行不同時長的拉伸（4分鐘、18分鐘、1小時），再降低細胞外pH至6，觀察OGR1啟動情況（通過檢測細胞內鈣濃度 [Ca²⁺]變化）。

細胞的機械啟動與刺激記憶

拉伸時間依賴：在僅拉伸4分鐘時，80% 的細胞在酸性環境下啟動 OGR1；拉伸18分鐘後，100% 細胞回應（圖2A）。

“機械記憶”效應：拉伸1小時後停止，即使1小時後再酸化，仍有60% 細胞啟動OGR1，表明細胞對機械刺激有“記憶”（圖 2B）。

如何 “解鎖” OGR1 的酸性回應

ATMS設備可即時控制拉伸與酸化的時序——先拉伸再酸化，或先酸化再拉伸。結果顯示，只有當拉伸與酸化同時或先後發生時，OGR1 才會啟動。

1. 在pH值為7.8、6.8和6的條件下，OGR1在膜拉伸後的平均螢光增幅。

2. 在pH = 6條件下不同膜拉伸程度對OGR1螢光強度平均增幅的影響。

從實驗室到臨床：OGR1 的雙重感知能力有何意義？

生理功能：OGR1 廣泛表達於骨骼、牙齒等硬組織，其對“機械力+酸性” 的共回應可能參與骨發育和牙釉質形成（如文獻提到OGR1突變可導致牙釉質發育不全）。

疾病啟示：腫瘤微環境常伴隨酸性化和基質硬化，OGR1可能在此過程中促進癌細胞遷移與纖維化。ATMS設備揭示的機制，為開發靶向OGR1的抗癌藥物提供了新思路。

ATMS將“機械力”這一抽象的實體信號轉化為可量化、可操控的實驗變數。通過精准調節拉伸幅度、時長和頻率，研究者得以解析OGR1這類 “機械——化學”雙敏感受體的啟動邏輯。未來，這類技術或許能幫助我們理解更多細胞對複雜微環境的響應機制，為疾病治療開闢新方向。