基质刚度通过TRPM7通道调控大鼠肌腱细胞中Mkx表达的机制研究

研究人员针对肌腱细胞如何响应基质刚度这一关键力学信号的科学问题，开展了基质刚度调控肌腱细胞分化的分子机制研究。通过构建不同刚度（10/40/115 kPa）的聚丙烯酰胺凝胶培养系统，发现40 kPa刚度显著上调肌腱关键转录因子Mkx和Tenomodulin（Tnmd）的表达，并首次证实TRPM7通道通过Ca2+/Mg2+内流介导该过程。该研究为理解肌腱发育和机械力传导提供了新视角，发表于《Biochemistry and Biophysics Reports》。

　　

肌腱作为连接肌肉与骨骼的纤维组织，在运动系统中扮演着"力传导带"的角色。这个神奇的生物结构每天承受着反复的拉伸和剪切力，但鲜为人知的是，除了这些动态力学刺激外，静态的基质刚度（matrix stiffness）同样深刻影响着肌腱细胞的行为。随着研究的深入，科学家们发现肌腱刚度会随发育、衰老和病变（如肌腱病）发生显著改变，但肌腱成纤维细胞如何感知并响应这种刚度变化，始终是力学生物学领域的未解之谜。

日本明治大学（Meiji University）的研究团队将目光聚焦于肌腱发育关键调控因子——Mohawk（Mkx）。这个名字源自美洲原住民部落的转录因子，已被证实能响应拉伸力并通过Piezo1通道调控肌腱形成。但令人惊讶的是，关于基质刚度是否以及如何影响Mkx表达，科学界仍是一片空白。研究人员推测，作为力学敏感组织的肌腱细胞，可能存在着独特的刚度感知机制。

为验证这一假说，研究团队从3周龄大鼠的尾腱和跟腱中分离原代肌腱细胞，构建了10/40/115 kPa三种不同刚度的聚丙烯酰胺（PA）凝胶培养系统。通过qPCR检测发现，40 kPa刚度使Mkx和Tnmd表达显著升高，而经典肌腱标记物Scleraxis（Scx）却无此响应。这种选择性调控暗示肌腱细胞存在特异的刚度感知通路。

在机制探索中，研究取得突破性发现：瞬时受体电位melastatin 7（TRPM7）通道的表达与Mkx呈现完全一致的刚度依赖性。当用siRNA敲低TRPM7后，Mkx的刚度响应性完全消失，证实了TRPM7的上游调控地位。更有趣的是，通过Ca²⁺离子载体（ionomycin）处理或提高培养基Mg²⁺浓度，均可模拟刚度效应促进Mkx表达，揭示TRPM7可能通过调控Ca²⁺/Mg²⁺内流来传递力学信号。

主要技术方法包括：从年轻大鼠分离原代肌腱细胞培养；构建不同刚度（1-115 kPa）的胶原包被PA凝胶系统；采用siRNA基因沉默技术靶向TRPM7和Mkx；通过qPCR定量肌腱相关基因表达；利用荧光标记观察细胞骨架重构。

【基质刚度调控大鼠肌腱细胞骨架结构和基因表达】
研究发现肌腱细胞在40 kPa基质上展现出最发达的应力纤维结构。基因分析显示Mkx和Tnmd在40 kPa时表达峰值达其他组的2倍，而Scx无显著差异，提示刚度感知具有基因选择性。

【TRPM7参与刚度依赖性Mkx表达调控】
TRP通道抑制剂2-APB可消除Mkx的刚度响应性。在检测的TRP通道中，仅TRPM7表现出与Mkx相似的刚度依赖性表达模式。基因沉默实验证实TRPM7位于Mkx上游调控通路。

【Ca²⁺和Mg²⁺离子增强Mkx表达】
通过Ca²⁺载体（ionomycin/thapsigargin）或高Mg²⁺培养基处理，均可显著提升Mkx表达水平，证实离子信号在力学传导中的核心作用。

这项研究首次绘制出"基质刚度-TRPM7-离子流-Mkx"的力学信号传导通路，为理解肌腱发育和病理性硬化提供了新视角。特别值得注意的是，与已知的Piezo1响应动态力学刺激不同，TRPM7更可能作为静态刚度传感器发挥作用，这种分工合作可能使肌腱细胞能同时整合多种力学信号。未来研究可进一步探索：TRPM7如何感知刚度变化？Ca²⁺/Mg²⁺如何精确调控Mkx转录？这些发现不仅对肌腱再生医学具有指导意义，也为开发靶向力学微环境的治疗策略奠定基础。