细胞水平的力量试验：细胞之间持续竞争，因此会排除病态或不必要的细胞。因此，细胞竞争是维持组织和器官健康的核心原则。研究人员调查了优越细胞的成功因素，并在机械细胞竞争中发现了一种先前未知的获胜策略。他们确定了细胞施加机械力量于其他细胞的能力差异作为决定性调节因子。最近在《自然材料》上发表的研究结果，来自德国、法国和丹麦的研究团队挑战了细胞竞争的经典解释。
胜利者和失败者细胞 – 竞争作为生存原则
所有生物体的形成依赖于各种细胞类型的精细排列，每种细胞都有不同的角色和身份。即使是轻微的偏离进化蓝图也可能导致发育异常、加速老化并导致疾病。为了保护组织和器官的完整性，细胞群体采用质量控制机制。其中一种机制是一系列称为“细胞竞争”的监测过程。细胞能够根据邻近细胞的情况调整其特性，并将其所谓的适应度水平与邻近细胞进行比较。更强的“胜利者”细胞存活下来，而较弱的“失败者”细胞被排除出细胞结构并死亡。该机制有助于维持一个健康和高效的细胞群体。因此，细胞竞争是维护组织健康的关键因素，并且对抗病原体是必要的。如果这样的控制机制失效，肿瘤可能会发展。
机械细胞竞争中发现新的获胜策略
涉及细胞死亡和失败者排除的分子因素和生化信号已经被广泛研究。各种科学研究进一步表明，细胞也可以通过机械力量被消除。然而，它们在细胞竞争中的确切角色仍不清楚。
一个国际研究团队，包括来自马克斯·普朗克物理与医学中心（MPZPM）、雅克·莫诺研究所（CNRS, UP Cité, 法国）和尼尔斯·玻尔研究所（丹麦）的专家，已经在机械细胞竞争中识别出一种先前未知的机制。在他们的研究中，科学家们揭示了“胜利者”细胞在施加机械力量于其周围环境，包括邻近细胞方面表现出色，这为它们提供了相对于“失败者”细胞的生存优势。研究人员表明，这种效应在不同细胞群体之间的交界处尤为明显，健康细胞与突变细胞相邻。Ladoux团队观察到，这些活跃的交界处是细胞消除的热点，标志着机械力量波动的加剧。
该研究确认，这些增强的波动在去除难以承受机械压力的细胞中发挥了关键作用。结果挑战了先前的观点，即“胜利者”细胞仅仅通过压缩和挤出“失败者”细胞来消除它们。相反，研究结果表明，胜利者细胞的竞争优势在于它们对自身消除的积极抵抗。
积极抵抗的起源何在？
连接蛋白E-钙黏蛋白在上皮细胞的细胞间力传递中发挥了重要作用。它有助于细胞之间的相互附着（细胞粘附），同时将它们机械地连接到它们的物理环境中。该机械耦合的精确机制——使细胞能够感知、信号传递和响应环境的物理变化——是MPZPM“组织机制生物学”部门负责人Benoît Ladoux教授的研究课题。Ladoux的团队正在研究细胞在不同层次上（从单个分子到组织）对其物理环境变化的适应所需的粘附、机械和生化信号之间的关系。
在这项研究中，国际团队结合了组织内的机械力测量与针对性的生物干预措施，例如关闭包括E-钙黏蛋白在内的个别分子。该团队与哥本哈根大学的理论物理学家合作，创建了基于细胞之间机械差异的计算机模拟。这使他们能够预测个别组件（在这种情况下为机械波动）如何改变观察结果。然后对该预测进行了实验验证。
“我们惊讶地发现，被压缩的细胞并不总是被消除，”Ladoux说。“这一观察与以前已知的机械细胞竞争形式，如胜利者细胞朝向失败者细胞的定向迁移，根本不同。我们怀疑细胞间力传递的变化是由E-钙黏蛋白粘附强度的变化引起的，塑造了细胞竞争的动态。这一见解促使我们进一步研究这个方向。”论文的第一作者Andreas Schoenit（雅克·莫诺研究所，CNRS, UP Cité, 法国）补充道：“通过我们的研究，我们能够将力传递能力识别为细胞竞争结果的主要调节因子。由于细胞竞争是维持组织健康的基本机制，这一发现可能对许多重要的生物过程产生影响，包括形态发生、急性炎症甚至癌症。”
