研究背景：

2025年12月22日，南京中医药大学医学院郭军教授团队在Advanced Science上在线发表了题目为“Osmotic Tension Asymmetry Drives Electrotactic Migration via PDLIM7-Polarized Microfilament Coordination in Breast Cancer Cells”的研究论文。肿瘤细胞的定向迁移是癌症转移的核心环节，细胞渗透压是诱导细胞迁移的重要驱动力。传统渗透压理论基于理想半透膜模型，认为细胞内外处于等渗稳态。然而，郭军教授团队依据新创建的生物渗透压理论^[1]，指出活细胞质膜是具有选择通透性的动态屏障，水渗透作用受电压依赖离子通道的选择性通透调控；胞内游离蛋白颗粒通过吸附阳离子能调节细胞膜电位，且与钙离子协同控制了膜电位的去极化与超极化转换，参与了离子通道活性及渗透张力的调节。因而，细胞渗透压是一种力电耦合的主动过程。这一"生物渗透压"新理论系统性修正了传统渗透理论在生命体系中的适用性，为理解细胞渗透调控肿瘤侵袭转移提供了新视角。

研究内容：

该团队采用电场刺激，诱导了乳腺癌细胞定向迁移活动。研究发现：电场正极能刺激乳腺癌细胞前缘骨架聚合发生去极化，特异性激活氯离子通道TMEM16A，促进氯离子内流，形成局部高渗，导致前缘膨胀；而负极能诱导细胞后缘骨架解聚发生超极化，选择性激活小电导钙激活钾通道（SK），促使钾离子外排，形成局部低渗，导致后缘收缩。因而，电场通过诱导细胞膜电位的差异分布，调控了细胞前缘高渗膨胀后缘低渗萎缩，力电协同驱动了肿瘤细胞定向迁移。

图1.电场诱导膜电位差异分布驱动肿瘤细胞渗透张力的不均衡变化 荧光检测：电场（EF）刺激，（A-B）正极前缘去极化、负极后缘超极化，（J）前后缘钙离子均增加，(L)前缘骨架聚合，后缘骨架解聚，PN差异变化。采用组蛋白模拟正极：（D-F）去极化膨胀，（L）骨架聚合，（I）钙离子增加；白蛋白模拟负极：（D-F，G）超极化萎缩，（L）骨架解聚，（I）钙离子增加

此外，肿瘤细胞的高渗和低渗变化，均能招募蛋白激酶A（PKA），通过磷酸化PDLIM7的第190位丝氨酸，增强其与F-肌动蛋白的结合能力。从而在细胞前后缘形成高度极化的微丝张力网络，并与细胞渗透压形成矢量的力学作用，驱动肿瘤迁移。

基于上述研究发现，该研究团队提出了“力-电协同”调控肿瘤细胞定向迁移的新机制。首次将细胞电信号、渗透力学作用与细胞骨架机械响应三大系统有机整合，揭示了非均衡力电耦合机制调控肿瘤细胞形变与定向迁移的新规律，为肿瘤转移防治提出新的研究方向。

细胞渗透作用广泛参与人体内多种生理与病理过程，包括等渗输液治疗、肾脏透析、血液成分相关疾病、组织水肿以及尿液浓缩机制等。“生物渗透压新理论”的建立与验证，不仅在学术层面实现了概念创新，更深层次地促进了对生命活动本质的理解，对临床医学的教学与实践具有重要的指导价值。

本研究得到国家自然科学基金（No.82273908）的资助。

论文信息

Osmotic Tension Asymmetry Drives Electrotactic Migration via PDLIM7-Polarized Microfilament Coordination in Breast Cancer Cells

Ling Zhu, Zihui Zheng, Wang Li, Chenyi Shou, Ying Zhao, Lijun Zhang, Xiaoli Shi, Yunfeng Hu, Huanhuan Zhao, Huiwen Wu, Jun Guo

Advanced Science

DOI:10.1002/advs.202515246

原文链接

https://doi.org/10.1002/advs.202515246

期刊介绍：

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