肌腱是機械敏感組織，具有高度組織的膠原蛋白結構，連接肌肉和骨骼，并在運動過程中充當力傳遞器。肌腱細胞是肌腱的主要功能細胞，嵌入膠原纖維束中，通過感知和響應生物力學信號，負責維持肌腱穩態和生物力學特性。

Tenomodulin（Tnmd，腱調蛋白）是一種II型跨膜糖蛋白，已被確定為肌腱成熟特異分子標志，在干細胞/祖細胞（TSPC）增殖、分化和衰老中起重要作用。Tnmd缺失的TSPCs也被證明表現出嚴重的遷移缺陷。此外，Tnmd已被確定為在發育和成年肌腱中誘導的機械敏感基因，其在肌腱中的表達與力強度相關。

細胞質中生物力學信號的感知和翻譯高度依賴于細胞骨架。特別是，肌動蛋白細胞骨架在對機械刺激產生協調和定向的細胞反應中起著機械調節作用。此外，有研究表明，肌動蛋白細胞骨架介導的染色質組織參與了力誘導的轉錄，但該通路是否參與調節生物力學誘導的Tnmd表達還有待證明。

重慶大學生物流變科學與技術教育部重點實驗室、重慶郵電大學生物信息學院的一項研究探討了循環機械拉伸對Tnmd表達的影響，揭示了Tnmd在拉伸誘導的肌腱細胞遷移中的作用。此外還探索了導致Tnmd表達和肌腱細胞遷移的潛在機械轉導機制，重點是肌動蛋白細胞骨架介導的染色質組織。

機械拉伸誘導肌腱細胞中Tnmd表達和細胞遷移

為了確認Tnmd在肌腱組織和細胞中的表達，對Tnmd進行mRNA和蛋白質分析，與肌腱組織相比，培養的肌腱細胞中的Tnmd顯著降低（圖1 A、B）。接下來，分析Tnmd在加載單軸循環拉伸（10%，0.5Hz，1小時）的肌腱細胞中的基因和蛋白表達。結果表明，與未拉伸的肌腱細胞相比，Tnmd在mRNA（圖1 C）和蛋白質（圖1 D、E）處的表達水平較高。此外，檢測機械拉伸下肌腱細胞的遷移行為。數據顯示，負載的肌腱細胞遷移顯著增加（圖1 F、G）。這些結果可推斷機械拉伸誘導的Tnmd表達與肌腱細胞遷移之間可能存在關聯。

圖1 拉伸上調培養的肌腱細胞中Tnmd表達和細胞遷移。

（A）RT-qPCR檢測TnmdmRNA表達水平。（B）免疫印跡檢測肌腱組織和培養肌腱細胞中Tnmd蛋白水平。（C-E）分別采用RT-qPCR、WB和免疫熒光分析Tnmd在拉伸的肌腱細胞中的基因和蛋白表達。（F）測定遷移性肌腱細胞。（G）對遷移率進行了量化。

拉伸增加的Tnmd調節肌腱細胞的遷移

為了進一步研究Tnmd是否可以直接調節肌腱細胞遷移，實驗利用sh-RNA敲低Tnmd后測定肌腱細胞的遷移能力。與對照沉默組（pLKO.1）相比，Tnmd敲低組（sh-Tnmd1和sh-Tnmd2）Tnmd的mRNA和蛋白顯著降低（圖2 A、B）。此外，拉伸刺激的肌腱細胞組表現出比機械拉伸刺激的Tnmd敲低肌腱細胞組更高的Tnmd表達（圖2 C、D）。而且暴露于機械拉伸刺激的Tnmd敲低肌腱細胞組中肌腱細胞的遷移也顯著減少（圖2 E、F）。這些發現表明，肌腱細胞將機械力轉化為促進肌腱細胞遷移的Tnmd信號。

圖2 拉伸通過增加的Tnmd表達來增強肌腱細胞遷移。

（A、B）RT-qPCR和WB檢測TnmdmRNA和蛋白質表達。肌腱細胞被表示為“pLKO.1"，并感染慢病毒-shcontrol。肌腱細胞被表示為“sh-Tnmd"并干擾靶向Tnmd的慢病毒。使用兩個獨立的TnmdshRNA，分別表示為sh-Tnmd1和sh-Tnmd2。（C、D）通過WB檢測Tnmd和GAPDH（拉伸對照）的蛋白表達。（E）檢測遷移性肌腱細胞。（F）對遷移進行計數和量化。

拉伸增強的肌動蛋白應力纖維增加Tnmd表達和肌腱細胞遷移

肌動蛋白細胞骨架對于細胞內的快速機械信號傳遞至關重要。為了探索肌動蛋白細胞骨架在拉伸誘導的Tnmd和肌腱細胞遷移中的可能作用，實驗評估了機械拉伸對F-肌動蛋白細胞骨架組織的響應。與未拉伸組相比，拉伸的肌腱細胞表現出增厚的肌動蛋白應力纖維（圖3 A、B）。為進一步研究肌動蛋白應力纖維對拉伸誘導的Tnmd表達和肌腱細胞遷移的影響，用抑制肌動蛋白聚集藥物LatA（0.5μM）預孵育后檢測Tnmd表達和肌腱細胞遷移，LatA可以有效破壞肌動蛋白應力纖維的形成（圖3 C、D）。結果發現，與沒有LatA的拉伸肌腱細胞相比，在LatA存在下暴露于拉伸的肌腱細胞表現出較低的Tnmd表達。此外，在受拉伸的細胞中，肌腱細胞遷移增加，而在LatA存在下拉伸的細胞顯示肌腱細胞遷移顯著減少（圖3 F、G）。

此外，考慮到Rho相關的卷曲蛋白激酶（ROCK）是肌動蛋白應力纖維的特異性因子，因此評估了ROCK抑制劑Y27632對拉伸增加的Tnmd表達和肌腱細胞遷移的影響。結果表明，使用Y27632抑制肌動蛋白應力纖維可消除拉伸誘導的Tnmd表達和肌腱細胞遷移。這些結果表明，肌動蛋白應力纖維對于誘導拉伸細胞中的Tnmd表達和肌腱細胞遷移很重要。

圖3 肌動蛋白應力纖維的增厚有助于拉伸肌腱細胞中的Tnmd表達和肌腱細胞遷移。

（A、C）通過鬼筆環肽染色檢測F-肌動蛋白組織，用DAPI（藍色）對細胞核進行染色。右列是左側原始圖像綠色邊框的部分放大視圖。（B、D）用應力纖維增厚（SFTI）評估和量化F-肌動蛋白細胞骨架重塑。（E）WB用于分析Tnmd蛋白的表達。（F）檢測遷移性肌腱細胞。（G）對遷移進行計數和量化。

拉伸誘導的染色質解聚增加Tnmd表達和肌腱細胞遷移

為了確定染色質組織是否由機械刺激介導，實驗評估了拉伸細胞中染色質凝聚的狀態。DNaseI敏感位點（DHS）具有可接近染色質特征。結果表明，在沒有DNaseI（脫氧核糖核酸酶I）的情況下進行拉伸的細胞的核區域與未拉伸組的細胞核區域沒有區別（圖4 A、B）。然而，DNaseI處理導致拉伸細胞中的核面積比未拉伸的細胞小（圖4 A、B），表明機械拉伸導致染色質解聚。

接下來，確定了染色質解聚是否與拉伸誘導的Tnmd表達和遷移有關。兩種特異性藥物組蛋白乙酰轉移酶抑制劑（ANA）和去甲基化酶抑制劑（GSK-J4）用于抑制染色質解聚。結果表明，與沒有抑制劑的拉伸細胞相比，ANA或GSK-J4處理的拉伸肌腱細胞中染色質凝聚增加（圖4 C、D）。

為了確定處于凝縮狀態的染色質對拉伸誘導的Tnmd表達和肌腱細胞遷移的影響，將肌腱細胞與ANA或GSK-J4預孵育1h，然后用拉伸刺激。結果表明，在染色質解聚抑制劑ANA和GSK-J4存在下暴露于拉伸的肌腱細胞在mRNA水平上Tnmd的表達較低（圖4 E）。此外發現，與拉伸的肌腱細胞相比，在ANA處理的拉伸細胞或GSK-J4處理的拉伸細胞中，Tnmd蛋白表達和肌腱細胞遷移被消除（圖4 F-H）。這些結果表明，組蛋白甲基化和乙酰化引起的染色質解聚可能有助于拉伸誘導的Tnmd表達和肌腱細胞遷移。

圖4 解凝染色質有助于拉伸肌腱細胞中的Tnmd表達和腱細胞遷移。

（A、C）通過原位DNaseI靈敏度檢測染色質凝聚。（B、D）用核面積評估和量化染色質凝聚的程度。（E）TnmdmRNA表達的RT-qPCR檢測。（F）WB用于分析Tnmd蛋白的表達。（G）檢測遷移性肌腱細胞。（H）對遷移進行計數和量化。

綜上所述，該研究結果表明，肌動蛋白應力纖維的形成和染色質解聚可調節Tnmd表達，從而可能調節肌腱細胞遷移。因此，該研究提出了肌動蛋白和染色質機械轉導通路參與Tnmd調控，并揭示了Tnmd在肌腱細胞遷移中的新作用。Tnmd在肌腱細胞遷移中的功能鑒定為Tnmd介導的肌腱修復所涉及的分子機制提供了見解。

參考文獻：

Xu P, Deng B, Zhang B, Luo Q, Song G. Stretch-Induced Tenomodulin Expression Promotes Tenocyte Migration via F-Actin and Chromatin Remodeling. Int J Mol Sci. 2021 May 6;22(9):4928. doi: 10.3390/ijms22094928. PMID: 34066472; PMCID: PMC8124537.

小編旨在分享、學習、交流生物科學等領域的研究進展。如有侵權或引文不當請聯系小編修正。

微信搜索公眾號“Naturethink"，了解更多細胞體外仿生培養技術及應用。