生物体内的细胞始终受到多种形式的力学刺激。这些力学信号不只是静态的，往往是动态的，甚至循环的。例如，在心脏舒张、收缩过程中，心肌细胞受到周期性的拉应变刺激；肺部由于呼吸也会周期性地舒张和收缩；在运动过程中，肌肉也会受到周期性地拉伸。另外，细胞在迁移过程中，细胞与细胞外基质（ECM）间的相互作用也是循环的（循环的黏附-去黏附）。也就是说，整合素与配体的结合不是固定不变的，整合素与配体结合一段时间后会自行分开，然后再次结合。国际知名生物力学专家佐治亚理工学院朱承教授曾在Molecular Cell杂志上发文报道了分子水平的力学黏附实验，发现循环的黏附-去黏附过程能够将整合素-配体结合键的寿命（lifetime）从1s 增加到100s，他们将这种现象称为“循环力学强化”（cyclic mechanical reinforcement）。而整合素与配体循环的黏附-去黏附对于细胞生理功能的影响及其机制目前还不清楚。

为了解决上述问题，课题组通过循环调控基底上整合素配体（RGD）的结合和移除，实现了细胞黏附的实时动态调控，发现了循环黏附改变了细胞对基质刚度的感知，产生了比基质刚度更为显著的力学信号转导效应。为了探索动态黏附如何影响细胞的生理功能，建立了基于整合素动态黏附的肌动蛋白丝重组动力学模型，从动态黏附引致细胞骨架组装动力学变化的角度描述了整合素的动态黏附对肌动蛋白丝的聚合、降解、收缩以及细胞核的形变、转录因子核质比的影响过程，揭示了细胞对动态黏附的感知和响应的力学生物学机制。该力学模型还进一步预测了刚度、肌球蛋白数量、肌动蛋白丝聚合速率等因素对整合素介导循环黏附的影响，并逐一予以实验验证。该项研究工作表明，整合素介导的循环黏附通过调节肌动蛋白丝的组装以调控下游力学信号通路的激活，从而推进人们对动态的生理和病理过程的理解。

该研究成果以“Programmable and reversible integrin-mediated cell adhesion reveals hysteresis in actin kinetics that alters subsequent mechanotransduction”为题，发表在国际综合性期刊《先进科学》（Advanced Science）上。西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室为该论文的第一作者单位和通讯作者单位，张政博士和朱鸿源博士为共同第一作者，林敏教授为通讯作者。该研究得到了卢天健教授、徐峰教授以及华盛顿大学圣路易斯分校Guy Genin教授等的大力协助。研究得到了国家自然科学基金、陕西省青年拔尖人才计划、西安交大青年拔尖人才支持计划等的共同资助，实验测试得到西安交大分析测试共享中心的大力支持。这是继该课题组揭示了整合素受体聚集依赖的细胞力学信号转导机制（Science Advance, 2020，封面论文）；黏附拮抗效应调控干细胞发育以及力学记忆和干性逆转/维持过程（Nature Communications, 2021，2022）和整合素黏附强化效应的癌细胞迁移机制（Nature Materials, 2022）之后，在细胞生物力学研究领域的又一新进展。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202302421