《Journal of Biomechanics》：Mechanotransduction in trabecular meshwork cells: Rho/ROCK-dependent responses to substrate stiffness
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本研究针对青光眼中小梁网组织硬化导致房水外流阻力增加的病理机制，通过调控基质刚度并联合Rho/ROCK通路抑制剂Y-27632，系统揭示了该通路在介导小梁网细胞骨架重组、收缩力增强及迁移行为中的核心作用。结果表明，刚度升高通过Rho/ROCK通路驱动细胞功能异常，而通路抑制可逆转此效应，为靶向机械微环境治疗青光眼提供理论依据。
青光眼作为不可逆性致盲眼病，其关键风险因子是眼内压的异常升高。而眼内压的稳定，很大程度上依赖于眼球内一种名为“小梁网”的组织对房水外流的调控能力。小梁网细胞作为该组织功能的核心执行者，其收缩状态直接改变细胞间缝隙的宽窄，从而影响房水排出效率。近年来研究发现，青光眼患者的小梁网组织会出现明显的“硬化”现象，这种机械微环境的改变如何通过细胞内的信号通路影响细胞功能，最终导致病理变化，成为领域内亟待破解的谜题。
为回答这一问题，北京航空航天大学的研究团队在《Journal of Biomechanics》上发表论文，聚焦于一条名为Rho/ROCK的信号通路。这条通路在多种细胞中被证实能够响应外界机械力的变化，并调控细胞骨架的重排和细胞收缩。研究人员设想，在青光眼患者硬化的小梁网组织中，增高的基质刚度是否正是通过激活Rho/ROCK通路，从而导致小梁网细胞行为异常，进而增加房水外流阻力？
研究团队设计了一套精巧的实验体系来验证这一假说。他们采用不同比例混合的丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺，制备出弹性模量在4千帕到80千帕之间的一系列聚丙烯酰胺凝胶，以此模拟从正常到青光眼病理状态的小梁网组织刚度。同时，他们使用了人源和猪源的小梁网细胞进行对比研究，并加入Rho/ROCK通路特异性抑制剂Y-27632，旨在揭示该通路在刚度感知中的作用。
关键技术方法概述
本研究核心技术包括：利用可调刚度的聚丙烯酰胺水凝胶模拟生理与病理微环境；通过细胞牵引力显微镜定量测量单细胞收缩力；采用免疫荧光染色与应力纤维提取软件分析细胞骨架形态与取向；通过Transwell实验评估细胞迁移能力；并使用CCK-8法检测细胞增殖。所有实验均设置了Y-27632抑制剂处理组以明确Rho/ROCK通路功能。
3.1. 基质刚度和Y-27632处理对细胞形态和细胞活力的影响
细胞在所有刚度条件下均能良好贴壁铺展，呈现典型的纺锤形或三角形形态。Y-27632处理增加了细胞密度，并诱导细胞体收缩、伸出长突状结构。活死染色显示所有组别细胞存活率均高于90%，表明实验条件对细胞活性无不良影响。
3.2. Y-27632改变不同刚度基质上TMCs中ROCK水平的变化
免疫荧光结果显示，在较软的基质上，ROCK的表达水平反而更高。而使用Y-27632抑制通路后，不同刚度基质间的ROCK水平差异消失，且总体水平显著降低。这表明基质刚度能调控ROCK的表达，且该效应依赖于Rho/ROCK通路自身的活性。
3.3. Y-27632改变不同刚度基质上TMCs的细胞骨架组织
在较硬的基质上，细胞内的肌动蛋白纤维数量更多，且排列方向更为杂乱，甚至形成交叉连接肌动蛋白网络。而在软基质上，纤维则趋向于单向排列。Y-27632处理显著减少了纤维的数量，并破坏了硬基质上特有的网状结构，说明Rho/ROCK通路是刚度调控细胞骨架结构的关键中介。
3.4. Y-27632改变不同刚度基质上TMCs的细胞收缩
牵引力测量直接证实，细胞在80千帕硬基质上产生的收缩力显著高于在4千帕软基质上。更重要的是，Y-27632处理不仅降低了细胞在硬基质上的收缩力，还缩小了软硬基质间细胞收缩力的差距。这说明Rho/ROCK通路不仅介导了基质的刚度感知，也直接参与了细胞收缩力的产生。
3.5. Y-27632改变不同刚度基质上TMCs的细胞增殖
细胞增殖实验显示，在较硬的基质上，细胞增殖活性通常更高。Y-27632处理削弱了这种刚度依赖性的增殖差异，并且在所有基质上都普遍增强了细胞的增殖。这表明Rho/ROCK通路对细胞增殖的调控作用复杂，抑制该通路可能通过其他机制促进细胞生长。
3.6. Y-27632改变不同刚度基质上TMCs的细胞迁移
细胞迁移实验发现，基质的刚度增加会促进细胞的迁移能力。Y-27632处理同样削弱了迁移能力对基质的依赖性，并在所有条件下都提高了细胞的迁移数量。
综合以上结果，本研究得出结论，小梁网组织的硬化（基质刚度增加）通过激活Rho/ROCK信号通路，导致小梁网细胞的细胞骨架重组、收缩力增强、迁移和增殖行为改变。而使用Y-27632抑制该通路，可以显著逆转这些刚度依赖性的细胞功能变化。这不仅揭示了青光眼病理中机械微环境改变影响细胞功能的具体分子机制，也为临床上使用Rho/ROCK通路抑制剂（如Netarsudil）治疗青光眼提供了坚实的科学解释。研究表明，这类药物可能对已经发生组织硬化的青光眼患者有更显著的治疗效果，因为它直接靶向了病理性的机械信号传导异常。这项工作深化了人们对细胞如何感知并响应周围机械环境的理解，为开发针对机械微环境的新型疾病干预策略指明了方向。
