细胞迁移的双相曲率依赖性：持续性随机运动与方向性重塑的机制研究

本研究针对细胞尺度曲率调控迁移的量化机制难题，通过微柱体模型与理论框架结合，发现细胞迁移呈现速度-持续性耦合(UCSP)规律及双相曲率依赖：低曲率时各向异性增强但持续性降低，高曲率（>1/75 μm-1）通过应力纤维弦(ACT)转变提升持续性。该成果为几何微环境调控细胞行为提供新范式。

　　

细胞尺度曲率是调控细胞迁移的关键因素，但其定量效应与内在机制尚未明确。通过结合受控体外实验（in vitro）与唯象理论框架，本研究在聚二甲基硅氧烷（PDMS）微柱体内凹表面开展了成纤维细胞（NIH3T3）和上皮细胞（MCF10A）的迁移研究，覆盖广范围细胞尺度曲率（约0.01 μm^-1）。发现迁移持续性（persistence）与平均速度在所有曲率下均呈正相关，符合先前在1D/2D平面基底及3D环境中观察到的通用速度-持续性耦合关系（UCSP）。微柱体内的细胞迁移呈现随机性与各向异性（通过向列序参数量化），并表现出对曲率的双相依赖：低曲率时细胞完全贴附表面，各向异性和速度增加而持续性降低；当曲率超过阈值（约1/75 μm^-1）时，细胞通过形成应力纤维弦（stress fiber chords）发生脱附，导致各向异性和速度下降但持续性上升。这种贴附-弦转变（ACT）伴随取向偏好变化：迁移初始倾向横向，随曲率增大逐渐转向轴向。研究表明细胞能主动重排应力纤维和迁移方向以响应整体细胞感知的局部曲率，即使在恒定平均曲率和零高斯曲率的柱面。通过整合持续性随机性与曲率依赖方向性的修正持久随机游走模型（结合弯曲与粘附能量学），定量重现了上述行为并精准预测实验吻合的转变阈值。该工作建立了双相曲率依赖迁移的量化框架，为局部几何调控间充质运动性提供新见解。