触发伤口愈合的细胞信号非常复杂

在尖锐而尖锐的世界中，伤口愈合是一个关键而奇妙的过程。尽管进行了大量的科学研究，但许多悬而未决的谜团仍然围绕着活组织细胞对物理损伤的反应和修复方式。一个突出的谜团是如何触发伤口愈合：更好地理解这个过程对于开发治疗各种伤口的新的和改进的方法是必不可少的。

Vanderbilt大学的物理学家和生物学家团队使用超快，超精确的紫外激光，朝着理解这些触发信号的性质迈出了重要的一步。他们的新见解在10月3日由生物物理杂志发表的题为“多种机制驱动激光诱导的上皮伤口周围的钙信号动态”的论文中有所描述。

先前的研究已经确定钙离子在伤口反应中起关键作用。这并不奇怪，因为钙信号传导几乎影响细胞生命的每个方面。因此，研究人员由物理和生物科学教授Shane Hutson和细胞与发育生物学副教授Andrea Page-McCaw在果蝇蛹背上靶向细胞，表达了一种在钙离子存在下发出荧光的蛋白质。这使他们能够跟踪活体组织伤口周围细胞中钙离子浓度的变化(与之前许多伤口反应研究中使用的细胞培养物相反)，并以前所未有的毫秒级精度进行。

该团队使用激光在蛹的上皮层中创造了微观伤口，该激光可以聚焦到足够小的点，以在单个细胞中打孔微孔(不到百万分之一米)。激光的精确度使它们能够产生可重复和可控制的伤口。他们发现，即使是在纳秒到飞秒范围内最短的脉冲也会产生一种微观的爆炸，称为空化气泡，其强大到足以破坏附近的细胞。

“因此，激光脉冲产生的损伤非常类似于法医术中被挤压伤 - 钝力创伤所包围的穿刺伤口 - 所以我们的观察应该适用于大多数常见伤口，”第一作者埃里卡·香农说，博士发展生物学的学生。

研究人员正在测试伤口反应触发的两个主流假设。一个是受损和垂死的细胞将蛋白质释放到周围细胞感知的细胞外液中，导致它们提高其内部钙水平。反过来，这种增加的钙浓度引发它们从静态形式转变为可移动形式，从而允许它们开始密封伤口。第二个假设提出触发信号通过间隙连接从细胞传播到细胞，间隙连接是在它们接触的点处直接连接两个细胞的特化细胞间连接。这些是微观的门，允许相邻的细胞快速和直接地交换离子，分子和电脉冲。

“非常令人兴奋的是，我们发现细胞使用这两种机制的证据，”香农说。“事实证明，细胞有许多不同的方式来表示受伤。这可能使他们能够区分不同类型的伤口。”实验表明伤口的产生会在周围组织中产生一系列复杂的钙信号：

首先是在伤口周围迅速将钙流入细胞。这与空化气泡的足迹相匹配。细胞外液体中的钙水平远高于细胞内的钙水平。研究人员认为，由于它的快速发生(不到十分之一秒)，这种流入是由微爆炸力撕裂的细胞膜中的微裂缝引起的;

接下来，短暂的短程波通过健康的邻近细胞传播。伤口越大，波浪传播得越快。波动的速度表明它通过间隙连接，并由钙离子或一些其他小信号分子组成。

伤后约45秒出现第二波。这波比第一波慢得多，但传播得更远。研究人员认为这意味着它正在被更大的分子传播，这种分子很可能是特殊的信号蛋白，其扩散速度比离子慢。但是，他们警告说需要进一步的实验才能证实这一假设。第二波仅在细胞被杀死时发生，而不是在它们刚刚被损坏时发生，这表明它取决于损伤的程度。

前两个波相对对称地穿过组织。然而，在第二波之后，高钙浓度区域开始发出“耀斑” -钙吸收的方向流，其进一步扩散到周围组织中。每次闪光持续数十秒，并且在受伤后新的闪光持续超过30分钟。

“一旦我们了解了这些触发机制，就应该有可能找到刺激伤口愈合过程的方法，例如糖尿病，这会减缓病情，甚至可以加速正常的伤口愈合，”Hutson说。

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