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在细胞趋电性（electrotaxis）研究中，为探究其复杂机制，研究人员以 3T3 成纤维细胞为对象，研究 EGFR、PDGFRα/β 和 TGFβR1在直流电场（dcEF）中的再分布动态。结果发现 EGFR 再分布与细胞趋电性相关，但不能完全解释快速反应，表明趋电性机制更复杂。该研究为揭示细胞趋电行为提供新视角。
在细胞的微观世界里，有一种神奇的现象 —— 趋电性（electrotaxis），它指的是细胞在直流电场（dcEF）中的定向运动。这一现象在伤口愈合、胚胎发育以及癌症转移等过程中都发挥着至关重要的作用。想象一下，当身体受伤时，细胞就像训练有素的士兵，在电场的指引下迅速奔赴伤口处进行修复，这其中趋电性功不可没。然而，尽管科学家们早已知道细胞具有趋电能力，但对于其背后复杂的机制，却还只是一知半解。
此前的研究提出了一种 3T3 成纤维细胞趋电性的双相机制，即最初的快速反应由离子机制驱动，而长时间暴露在直流电场中时，膜成分的重新分布开始发挥作用。但这一机制仍存在许多未解答的问题，比如膜蛋白重新分布的具体动态过程是怎样的？它与细胞对电场变化的快速反应之间究竟有怎样的关联？为了揭开这些谜团，来自波兰雅盖隆大学（Jagiellonian University）生物化学、生物物理学和生物技术学院细胞生物学系的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Cell Communication and Signaling》杂志上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是利用转染了编码荧光标记受体质粒的细胞，通过荧光显微镜和全内反射荧光显微镜（TIRF microscopy）对受体再分布进行可视化观察和定量分析；二是运用 siRNA 文库沉默特定基因的表达，以此评估相关受体在趋电性中的功能意义；三是构建特定的电趋性实验装置，对细胞施加不同强度的直流电场，并观察细胞的反应。
下面来看具体的研究结果：
- EGFR 再分布与双相机制的关系：研究人员用表达 EGFR-GFP 的 3T3 细胞，借助荧光显微镜，以 30 秒的时间分辨率，记录 EGFR 在电场作用前后及电场极性反转后的再分布动态。结果显示，施加 3V/cm 的直流电场后，EGFR 迅速向阴极积累，30 - 40 分钟时达到最大分布不对称，且在更高电场强度（3V/cm 比 1V/cm）、碱性条件及细胞底部附近，这种再分布更有效；而当玻璃表面用聚赖氨酸涂层处理后，再分布会减弱。但细胞对电场反转的快速反应（1 - 2 分钟内），却早于 EGFR 分布的反转，这表明 EGFR 再分布虽与趋电性有关，但不能解释细胞对电场变化的快速反应。
- EGFR 再分布驱动力的验证：研究人员通过改变细胞外 pH 值，研究 EGFR-GFP 再分布的动态变化。结果发现，环境酸化会降低再分布的动态性，而碱化则会增强，这表明电渗作用是 EGFR 向阴极再分布的主要驱动力。同时，利用 TIRF 显微镜观察发现，在细胞与玻璃界面处，EGFR 的再分布尤为明显，而改变玻璃表面电荷会影响其再分布的动态性。
- 其他受体的再分布情况：研究人员对 PDGFRα 和 PDGFRβ 进行研究，发现 PDGFRα 在直流电场作用下会向阴极积累，但程度比 EGFR 弱；而 PDGFRβ 主要定位于细胞内，在电场作用下没有向阴极再分布。对于 TGFβ 受体 1（TGFβR1），研究证实其在 3T3 成纤维细胞趋电性中没有明显再分布，且与细胞迁移方向无关。
- 特定受体对趋电性的影响：研究人员使用 siRNA 文库沉默特定酪氨酸激酶受体基因，发现沉默 EGFR 和 ErbB4 基因会使细胞迁移的方向性余弦 γ 降低约 35%，而其他基因的沉默则没有明显影响，这表明 EGFR 和 ErbB4 在 3T3 成纤维细胞趋电性中具有重要作用。
- EGFR 信号的配体依赖性：研究人员在无血清培养基中添加或不添加 EGF 进行实验，发现配体 EGF 的存在虽会增加 EGFR 再分布的动态性，但对其最终不对称水平影响不大，且对细胞在直流电场中的整体迁移方向性也没有显著影响，这说明 EGFR 在 3T3 成纤维细胞趋电性中的作用在很大程度上不依赖于配体。
- 特定受体在趋电性早期的作用：通过分析受体基因沉默后趋电性的动态变化，研究人员发现 EGFR 和 ErbB4 基因沉默对细胞迁移方向性的影响主要体现在直流电场作用的最初 1 小时内，随着时间推移，其他机制可能会补偿它们的缺失，使细胞逐渐恢复定向迁移能力。
- Kir 通道与 EGFR 的相互作用：研究人员在无血清条件下抑制 Kir 通道活性，发现这并不影响 EGFR 再分布，但会显著降低趋电性的动态性，尤其是在电场反转时，这表明 EGFR 再分布和 Kir 信号是 3T3 成纤维细胞趋电性中完全不同且相互独立的机制，Kir 通道负责细胞对直流电场的快速反应。
综合研究结论和讨论部分，该研究首次详细分析了像 EGFR 和 PDGFRα 这样的大蛋白在直流电场作用下的膜蛋白再分布动态。研究表明，这些蛋白在电场作用下会立即开始移动，但要达到细胞两极明显的不对称分布需要较长时间。虽然 EGFR 在 3T3 成纤维细胞的长期趋电性中似乎不依赖于配体结合，且其存在会略微增加趋电动力学，但它和 ErbB4 虽在直流电场作用的早期就对趋电性有贡献，却无法解释细胞对电场应用和反转的最初反应。此外，当 Kir 通道和 EGFR 都被抑制时，3T3 成纤维细胞仍能部分恢复趋电行为，这表明存在其他补偿机制。
总的来说，该研究确认了直流电场通过电渗作用诱导趋化因子受体显著不对称分布，这一机制有可能参与细胞对直流电场的早期反应并稳定长期趋电性。但同时也表明，趋电性比之前提出的双相模型更为复杂，可能存在多模式调节机制。这一研究成果为深入理解细胞趋电行为提供了重要依据，也为后续研究细胞在电场环境中的行为奠定了坚实基础，有望在伤口愈合、组织工程以及癌症治疗等领域发挥重要作用。
