在体细胞始终处于复杂的微环境中，在生化因子、物理因子等单独或耦合的调控下，进行生长、分化、衰老等多种生命活动。越来越多的研究表明，力学因子在调控细胞的多尺度生物学行为中起着重要的作用。一方面，力学因子通过细胞外基质直接传导至细胞，刺激细胞产生力学响应并转化为细胞内的生物化学信号（即细胞力学转导）；另一方面，细胞内的细胞核也能够响应通过细胞骨架传递而来/渗透胁迫产生的力学刺激，其形状和结构组分随之改变，影响核内物质运输和基因表达（即细胞核力学力学基因组学）。

长期以来，西安交通大学仿生工程与生物力学中心（BEBC）围绕细胞力学微环境的构建与表征（Advanced Functional Materials 2017, 1606607；Chemical Reviews 2017, 12764-12850；Materials Today 2017, 32-44；力学进展2018, 201811）、力学微环境对细胞行为的调控（NPG Asia Materials, 2018, 10, 982-994；Advanced Materials 2018, 1705911；Nano Letters 2019; Acta Mechanica Sinica 2019, 265-269）以及细胞-微环境相互作用理论（Biophysical Journal 2016, 2051-2061; Physics of Life Reviews 2017, 130-135/88-119; Applied Mechanics Reviews 2019, 040803; Biophysical Journal, 2019, 129-142）等方面开展了大量的研究工作。近年来，为了进一步理解细胞与细胞微环境的作用机制，了解力学因子在多尺度下（组织、细胞和分子水平）的传导规律，BEBC将研究工作拓展到细胞核力学基因组学这一前沿领域，试图从力学、生物学角度揭示力学因子对于细胞核形态和遗传物质运输性能的直接调控机制。

大量研究表明，核孔复合体是核膜上具有选择运输能力的通道，但其应力依赖的选择性细胞核大分子物质运输机制还不清楚。由核质环和尾环连接构成的核篮是核孔复合体的重要结构，相对狭窄的核孔复合体尾环被普遍认为是负责选择性运输的门控通道，但相对刚性尾环无法被拉伸变形使核内大分子物质通过。在此，我们提出了一种基于细胞核核膜拉伸的力-电转导机制，描述细胞核核孔复合体开关状态及其选择运输能力。模型结果表明，在考虑核篮微丝受电调控的情况下，核篮在膜张力的作用下产生扭转运动，其侧孔能够快速响应，参与调控核质大分子的运输。更为有意思的是，在特定的带电生理环境下，核篮的构型呈现出双稳状态，例如交叉（Cross）和张开（Expansion）共存状态，可以更加敏感的感知核膜受到的力学载荷。这可能是一种细胞核核膜选择性物质运输的力-电转导的新机制，对理解和定量刻画力学响应与基因转录、表达的关系具有重要意义。

核孔复合体运输核质大分子的力-电转导模型

上述研究结果以“Electrostatic switching of nuclear basket conformations provides a potential mechanism for nuclear mechanotransduction”为题发表在固体力学标志性期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids（JMPS）上。文章的第一作者为南京航空航天大学的刘少宝博士（BEBC博士毕业生），通讯作者为西安交通大学徐峰教授，西安交通大学是唯一通讯单位。其他作者包括BEBC本科生杨海谦、美国圣路易斯华盛顿大学GuyGenin教授以及南京航空航天大学卢天健教授，专业领域涵盖生物医学工程、固体力学、生物力学与力学生物学等不同背景，充分展现了BEBC理论与实验紧密结合的多学科交叉合作研究理念。值得一提的是，杨海谦目前是西安交通大学钱学森班的本科三年级学生，该论文是他在BEBC进行科研训练期间发表的第2篇SCI论文，望其再接再厉，取得更加优秀的成果。该工作得到了国家自然科学基金等的支持。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002250961930033X?via%3Dihub