Sci Adv | 细胞黏附蛋白 Vinculin 的力学响应机制

在多细胞生物中，细胞不断感知并响应外界环境的机械信号，这些信号与化学信号同等重要，共同决定细胞的形态、迁移、分化及命运。细胞通过力学信号传导（mechanotransduction）感知外部基质的刚度与拉力，从而调节内在生物过程。黏附复合体（focal adhesion,FA）和黏着连接（ adherens junction,AJ）是细胞力学传导的核心结构，而其中的关键蛋白 Vinculin 作为分子“力桥梁”，连接着外部基质、跨膜受体与细胞骨架，维系着力学稳定与信号传递。

Vinculin 是一种约 117 kDa 的黏附蛋白，广泛分布于黏附斑、细胞–细胞连接以及肌动蛋白（F-actin）网络中。它通过与 Talin、α-catenin、F-actin 等蛋白相互作用，将跨膜 受体 与细胞骨架机械耦合，从而实现细胞与外界环境之间的力学连通。 Vinculin 能够在受力条件下发生构象变化，从而调节与 结合配偶体 （binding partner） 的结合活性，起到维系黏附稳定性与传递机械信号的作用 。 然而，Vinculin 在分子水平上如何精确响应外力、其受力构象变化及力学阈值，长期缺乏直接的定量实验证据。

阐明 Vinculin 的力致构象变化机制，对于理解细胞如何在纳米尺度上“感知环境刚度”、维持黏附稳态与力学稳态具有重要意义。这一问题不仅是细胞迁移、发育、组织再生的核心科学问题，也与癌细胞的机械适应与转移能力密切相关。

近日，新加坡国立大学严洁教授团队与利物浦大学Ben Goult教授团队合作在 Science Advances 发表了题为

The mechanical response of vinculin

研究发现，Vinculin 在受力过程中表现出显著的可逆结构展开与折叠（force-dependent unfolding/refolding）行为，其响应力阈值与黏附复合体的稳定性密切相关。具体而言，Vinculin 的部分结构域在约 5–15 pN 的力范围内即可发生局部解折叠 （partial unfolding），并在力卸载后迅速恢复折叠（refolding），形成一个动态的“力致开关（force switch）”。这一可逆构象转换使 Vinculin 能够在细胞牵引与力学应力调节中 发挥 “分子减震器（ force buffering molecule ）” 的作用：一方面可以 有效缓冲机械应力、保持 黏附 复合体结构完整 ；另一方面， 通过 缓冲 力的 递增过程 ，使 vinculin 相关的力传导蛋白所感受到的应力处于一个可动态调控的范围，从而实现对binding partner相互作用的精细调节。

更为重要的是，研究提出 Vinculin 的力学响应与其结合伙伴 Talin 的拉伸状态高度协同，两者形成“力—构象—信号”的自反馈环路，确保黏附复合体在受力与释放间保持动态平衡。该机制为细胞通过力学反馈实现信号 传导 与稳态调控提供了分子层面的解释。

本研究在分子层面上揭示了 Vinculin 的力学响应和构象变化机制，为理解细胞力传导中的结构调控提供了定量框架，也为解析其他机械蛋白（如 Talin、α-catenin、Paxillin 等）在细胞力学调控中的作用提供了新思路。从更广泛的角度看，这项研究为 力生物学（mechanobiology） 与 力学生物化学（mechanochemical biology） 的发展提供了新的理论基础，对揭示细胞如何在不同基质刚度下实现力学感知与命运调控具有重要意义。

该研究由新加坡国立大学（N ational University of Singapore ）严洁教授和利物浦大学（University of Liverpool）Ben Goult 教授共同指导完成。 新加坡国立大学 物理系（ D epartment of Physics ）和力生物学研究所 （ Mechanobiology Institute ） 刘垿尧博士、刘璟谆博士、汪亦男博士为论文的共同第一作者。研究得到了实验室成员及多方科研合作团队的大力支持。

https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.ady6949

制版人： 十一

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