海鞘脊索管扩张的细胞力学与流体动力学调控机制及其在管状器官发育中的普适性模型

这篇研究通过海鞘(Ciona)脊索管模型，揭示了管状器官扩张的双重调控机制：Rho信号通路（Cdc42）调控的皮层收缩力张力与紧密连接(TJs)的屏障功能协同控制管腔几何形态。研究者建立了基于守恒定律的理论模型，定量解析了囊泡分泌、离子泵活性(P)与皮层张力(σr )的动态平衡，成功预测了调控异常时的管腔表型，为循环/呼吸系统管状网络的发育机制及多囊肾等疾病发病机制提供了新见解。

　　

Significance
几何形态对管状网络的生理功能至关重要。本研究通过海鞘脊索管模型，发现Rho信号-Cdc42调控的皮层收缩力与紧密连接(TJs)是决定管腔尺寸的关键因素，建立的守恒定律模型可预测异常调控下的生长表型，为管腔扩张的分子-力学机制提供了普适性框架。

Abstract
细胞与管腔的相互作用驱动运输交换系统的形成。本研究利用海鞘脊索管模型，定量测量发现管腔扩张经历三个特征阶段：Cdc42信号介导的皮层分布与TJs稳定性对管腔开放至关重要。基于此建立的模型整合了囊泡分泌、皮层张力各向异性及TJs屏障功能，通过计算与实验结合成功预测了不同条件下的管腔生长动力学。

Tubular networks的生理意义
管状网络在循环/呼吸等系统中承担物质运输功能，其形成涉及极化蛋白运输、TJs形成、对称性打破（symmetry breaking）等过程。失控的管腔尺寸调控会导致多囊肾病、淋巴管狭窄等疾病。

Results
脊索管腔的时序性扩张
通过定量测量曲率半径R(t)和接触角α(t)，发现管腔经历三阶段生长：快速生长期（0-25分钟，凸透镜形α≈85°）、平台期（25-60分钟，花生形α>90°）和成熟期（60-130分钟，恢复凸透镜形α<90°）。活体成像显示皮层肌动蛋白(Lifeact)与肌球蛋白(MRLC)在管腔边界形成动态环状结构，其荧光强度与接触角高度相关（ρ=0.92）。

Cdc42调控皮层张力
通过构建组成型激活(CA)和显性负突变(DN)载体，发现Cdc42 DN导致82.6%细胞无法形成单层结构。定量分析显示DN转染细胞的侧向收缩环振幅降低42.7%（P<0.0001），而标准差增加2.3倍，证实Cdc42通过调控皮层肌动蛋白分布影响管腔形态。

TJs的屏障功能
ZO1缺失突变体(ΔU5-GuK/ΔABR)导致管腔体积减少53.8%（P<0.0001），纵向直径(LD)降低2-3倍，证实TJs通过防止细胞间隙液体渗漏维持管腔稳定性。

管腔扩张的物理模型
建立包含力学平衡与主动运输的理论框架：

1. 拉普拉斯定律ΔP=2Γ/R(t)描述液-界面力平衡
2. 杨-杜普雷方程Γcosα(t)+σ_r
   /R_T
   (t)=γ_j
   决定接触点力学
3. 渗透压差ΔΠ=k_B
   TΔC驱动体积变化dV/dt=A(j_A
   ^w
   )-P(j_P
   ^w
   )
   模型成功复现野生型三阶段生长（拟合优度R²

0.89），预测blebbistatin处理会消除阶段特征，而Slc26aα过表达使管腔体积增加1.8倍。

Discussion
该研究阐明皮层张力与水力学的耦合机制：Cdc42通过调控皮层肌动蛋白环张力σ_r
决定管腔几何形态，而TJs通过控制旁细胞泄漏维持渗透平衡。理论模型显示当收缩环张力超过野生型170%时会导致管腔分裂，而离子泵活性降低60%或旁细胞泄漏增加3倍均会导致扩张失败，这些发现为理解管状器官发育障碍提供了定量依据。