細胞生物學的研究
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細胞生物學的研究范文第1篇
[中圖分類號] G424.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）06-0065-03
0 引言
21世紀是生命科學的世紀，細胞生物學是生命科學的重要基礎學科，具有較強的理論性和實驗性[1]，同時也是近年來發展迅速的前沿學科。綜觀2012、2013年的諾貝爾生理學或醫學獎不難看出，這些對生命科學有重大推動作用的杰出成就都是細胞生物學研究的領域。因此，深入探究細胞這個生命活動基本單位對于理解生命活動的基本規律、探究生命科學領域的基本問題、解決醫學領域的重大問題有重要的意義。但在傳統的教學中，往往采用“灌輸”式教學，使學生處于非常被動的地位，這種接受型的教學方式忽視了學生自主學習、自主探究能力的培養，抑制了學生的研究興趣與創造性，與21世紀日益加劇的國際競爭對創新人才的強烈需求形成尖銳矛盾。因此，發展新的教學模式迫在眉睫。研究性教學模式要求教學過程中要充分發揮學生的主體地位和教師的主導作用，學生在教師指導下，通過以“自主、合作、探究”為特征的學習方式較好達到課程教學目標。本文從研究性教學模式的角度對細胞生物學理論教學的教學內容、教學方法和實驗教學的優化改革提出了幾點思考。
1 在理論教學中培養學生的研究性思維
1.1 調整和優化教學內容
《細胞生物學》是高等院校生物學各專業開設的一門必修課，其內容迎合了不同層次學習者和研究者的需求。要在理論教學過程中培養學生的研究性思維，則不能拘泥于教材的內容及其編排，需要調整和優化教學內容，為學生形成研究性思維習慣做好鋪墊?；诖?，可以根據理論知識的難易程度、學生的知識儲備和接受新知的能力、《細胞生物學》課程教學大綱、學科發展現狀等對課程內容做適當的刪減、增添和整合，調整和優化教學內容。
1）刪減。刪減學生已經耳熟能詳的內容。學生在長期的知識儲備和經驗積累過程中已經習得的基礎知識，應在課堂上避免贅述。例如，關于“細胞是生命活動的基本單位” 這一概念，其涵義學生從中學就已經有所了解，可引導學生從生命活動的不同方面舉例來證明這一結論，并與最近的研究進展相聯系，培養學生歸納總結知識的能力并激發學習興趣。
刪減某些學科交叉內容。由于細胞生物學是生命科學的基礎學科，與生物化學、分子生物學、微生物學等學科有著深刻的相互滲透與結合，很多理論知識在不同學科中重復出現，因此應做適當的刪減，化重復理論為知識遷移。例如，學生已經在生物化學中對線粒體的氧化磷酸化有了系統的認識，在本課程可以著重從氧化磷酸化的分子結構基礎及其細胞生物學定位來理解其作用機制，從而在細胞這一層次上對這個過程有全面理解并形成結構決定功能的生物學思想。
刪減識記類課程內容。研究性學習的目的不僅在于知道是什么，而且在于明白為什么和怎么做，以提高解決問題的能力。把識記類理論知識放至課前或課后，在課堂上注重方法習得不失為好的舉措。例如，細胞是一個復雜的信號網絡系統，細胞信號轉導的途徑和細胞對信號的整合與控制應是課堂上探討的重點，而細胞通訊、信號分子、受體等基本概念應由學生自主習得。除此之外，關于細胞生物學研究方法的內容可以移接至實驗教學中。
2）增添。注入研究方法，滲透研究性思維。在《細胞生物學》中，對生命現象探究的內容雖有不少涉及，但很少展示具體的研究思路，因此要求教師要擁有豐富的教學資源和素材，適時在課堂教學中滲透科學研究方法。
引入科研成果，把握學科前沿。教師需要時刻關注國內外的科學研究動態和成果，擷取精華介紹給學生[2]，拓寬學生視野；教師應提煉學術會議上各專家的新理念、新思路，以活躍學生的思維，便于研究性學習，推陳出新；學生也要利用書籍、期刊、網絡、電視等多種途徑豐富見聞，在合作和交流中兼收并蓄，思維碰撞。
適時插入科學家的故事。必要時，以科學家艱辛的探索事跡進行科學態度和科學精神教育，適時引入科學家的逸聞趣事，以激發學生的學習興趣。
3）整合。細胞是生命活動的基本單位，“一切生命的關鍵問題都要到細胞中去尋找”。為了系統而深刻地理解生命的本質，必須避免片段化教學，應對教學內容適當整合，以符合學生的認知規律。
知識點間的整合。例如，錨定連接需要細胞骨架系統的參與，因此可把錨定連接的相關內容安排在細胞骨架后，以便新舊知識的聯接。
調整課程內容的順序。細胞生物學的研究重點已不再限于細胞的結構與功能方面，而是明顯轉向細胞重大生命活動及其分子機制的探秘，因此建議將細胞的結構與功能等章節內容整合、將細胞重大生命活動及其分子機制等章節內容整合，掌握前者是揭示后者的基礎。
1.2 改變教學方法，改進評價體系
在研究性教學中強調，學生是教學過程的主體，學生要在研究中學習和成長，發展學習主動性和養成獨立思考的習慣；教師則在整個教學過程中起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用[3]。在教學方法上，建議采用問題教學方式，在確定了研究課題的前提下，通過創設問題情境，引導學生質疑，并恰當引入科研成果。
1）建立激勵機制，確定研究課題。采用研究性教學模式會增加學生的課前準備負擔，對于每個學期要上近10門課程的學生來說，如何激勵學生主動學習是非常重要的。學生的積極參與僅僅靠老師語言上的激勵是不夠的，必須建立相應的激勵機制，比如可在教學質量的評價體系中加入“課堂發言”這一項，并在最終成績考核中占一定的比例，如可設定課堂發言∶實驗成績∶理論成績=3∶3∶4，課堂發言由教師當場打分，整個學期成績累計，取其平均值。
研究性教學模式并不在于形式上以學生為主，而在于學生在實質上的主體地位。因此，在教學方式上，既可以采用老師提問、學生討論的方式，也可以采用教師講授、學生隨時質疑的方式。在第一種方式中，老師需要精心組織并向學生提供研究課題，鼓勵學生主動參與，由于學生準備的是否充分直接決定了其在課堂上的參與度和思維的拓展度，因此在確定研究課題后，要留給學生一定的時間準備相關材料。同時，為避免要探究的問題因龐雜而止于膚淺，可將研究課題分成若干子課題。在實踐中，將學生分成小組（每組3～5人），問題到組，每小組負責闡述1～2個子課題。這樣既保證了學生探究問題有一定的深度，又有效地激發了他們的參與熱情。
在確定課題及課堂討論中要注意掌握研究課題的廣度與深度。為達到既使學生掌握理論知識又能訓練其思維的目的，在確定研究課題時，應注意課題的廣度，不能任意發散、偏離重點；同時，也要考慮到課題的深度，難度適中，有效激發學生的興趣。例如，在《細胞信號轉導》課題中，要求學生理解并掌握細胞信號轉導的主要途徑、細胞對信號的整合和控制，教學活動應圍繞這兩方面展開，在掌握基本的幾條途徑的基礎上，再進行歸納，繪制網絡圖，找出其交叉點，從而理解其整合性。同時可通過查閱文獻進行知識的擴展，了解近年來這些基本的信號轉導途徑的新進展。
2）創設問題情境，引導學生質疑。在研究性教學中，師生應是平等的探索者的關系，教學過程就是解決問題的過程，因此應以問題研究[4]為主線，教師要善于提出啟發性、針對性的問題[2]，問題的設置要有層次感，遵循學生的認識規律。開場問題要設計巧妙，順利促使學生進入學習情境；教學過程中，教師要做好學生活動的組織者、幫助者和促進者，指導和總結提升到位；對于抽象復雜的機制需要結合多媒體等手段，化繁為簡；探討完理論知識后，要引導學生思考和分析與生產生活緊密相關的問題，學以致用。學生可以采用獨立思考、小組討論等多種形式的學習方法多角度調動思維，也可以在解決問題的同時提出有研究價值的新問題，進行課堂外的延伸，拓展思維的深度。例如，在《細胞信號轉導》課題中，教師可借此課題引導學生掌握相關前沿。如教師可提出：生物對光的響應是通過其受體來完成的，目前已經發現了幾種光的受體，分別是什么？UV-B的受體是什么？受體如何傳遞這一信號？細胞對這一信號產生什么樣的響應？當諸如小麥等植物接受UV-B后，會產生哪些響應？這樣學生就會通過閱讀文獻掌握這一領域的最新發現，了解UVR8這一剛剛發現的紫外線的受體，通過了解其機理，聯系實際，就可以自然而然地提出：可以通過人為增強紫外線輻射來刺激植物產生更多的類黃酮，從而提高某些植物尤其是藥用植物的保健作用。這樣，理論就和實踐很好地結合到了一起。
3）恰當地引入科研成果。細胞生物學是一門迅猛發展的學科，尤其是分子生物學的概念與方法的引入，將其迅速推向分子細胞生物學水平。細胞生物學相關領域的研究現狀和成果如何，教師可以在課堂上適時介紹給學生，尤其是重點闡述研究方法、實施步驟等內容，對學生進行科研方法與思路的指導。例如，在《細胞分化與基因表達調控》這一章節中，可以引入2012年諾貝爾醫學獎獲得者日本京都大學教授山中伸彌和英國的約翰戈登將細胞核重新編程的成果（即將成年體細胞重新誘導回早期干細胞狀態，以用于形成各種類型的細胞，這一技術的實現免除了使用人體胚胎提取干細胞的倫理道德制約，將能避免異體移植產生的排異反應，為某些嚴重疾病的治療提供了契機）。領域的杰出成果能夠對現有課本知識進行補充，學生也可以通過專題文獻查閱報告的形式交流科學界的新理念、新發現。
2 在實驗教學中鍛煉學生的科研技能
實驗教學是培養學生技能的重要途徑，也是學生研究性學習的具體體現。通過一系列實驗技能的學習和實踐操作，學生將對所學的基礎理論知識有更深刻更直觀的理解，同時還可了解有關細胞生物學和細胞工程領域常用的研究手段和方法，為進一步深造和獨立開展科研工作奠定基礎。
2.1 合理安排實驗教學進程
實驗課的進程應該與理論課的進程相輔相成，教學建立在科研基礎上，科研促進教學的提高。
2.2 改建實驗課
1）通過驗證性實驗培養學生基本的實驗技能。通過細胞形態結構的觀察，學生可以掌握相差顯微鏡、偏光顯微鏡、暗視野顯微鏡、熒光顯微鏡等各類顯微鏡的結構、原理及其操作；通過對細胞組分的分離及觀察，學生可以學會分離、純化、活體染色等技術。在實驗前，學生應該通過實驗指導、網絡等了解相關儀器設備，并了解其原理及操作，指導教師對所出現的問題進行指導，規范操作。
2）通過設計性和綜合性實驗培養學生分析和解決問題的能力。設計性實驗、綜合性實驗要求學生以本課程的相關理論知識為基礎，在具備一定的實驗操作技能的前提下，通過查閱資料等富有創造力地獨立完成實驗設計，創新實驗方案，這對學生的素質要求較高，因此也是培養學生分析和解決問題能力的良好手段。設計性和綜合性實驗的題目可以結合教師的科研項目擬定，從而不僅將教學與科研融為一體，而且可以集結眾多人的智慧，推進教師的科研進程。
2.3 撰寫實驗報告和科研論文
實驗報告具有情報交流、保留資料的作用，學生在撰寫驗證性實驗的報告時要如實地把實驗的全過程和實驗結果記錄下來，對結果進行分析討論時要加入自己的理解，拓展科研思維，也可以寫出實驗中遇到的問題、解決的方法、誤差分析，并提出改進意見。
對于設計性和綜合性的實驗，撰寫科研論文是學生展示科研能力、提高科研水平的重要手段，是需具備的基本功之一。
3 教學改革效果
目前所使用的理論課教材為翟中和院士等主編的《細胞生物學》（第三版），本著研究性教學的理念，首先對部分章節如“細胞的能量轉換——線粒體和葉綠體”嘗試采用了研究性教學模式，學生利用課外時間積極查閱資料，認真思考，充分準備；課堂上以小組為單位首先提出自己的問題，然后講解，各小組討論、提問，最后總結。通過這樣的方式，不僅學生的學習熱情高漲，對知識的理解更為透徹，更重要的是，學生能發現問題并知道如何解決問題。接下來，又把一些問題留給學生，如在細胞的信號轉導中，G蛋白耦聯受體介導的信號通路廣泛參與生命活動的諸多方面，而且該領域是一個正在迅速發展的領域，不斷有新的發現。所以鼓勵學生充分利用高校的期刊數據庫獲取相關研究進展，課堂上小組交流討論，通過這樣的方式學生獲取了大量的信息，對該領域的前沿動態也有了一定的了解，極大地激發了學生的科研熱情。在實驗教學方面，將細胞生物學實驗進行了課堂外的延伸，與大學生創新實驗相結合，鼓勵學生利用細胞生物學的知識去解決或探究某一問題，目前已有部分成果被國內重要的核心期刊所接受。研究性教學的采用，使細胞生物學教學質量有了顯著提高。學生不僅在課前養成了獨立思考的習慣，提高了自主學習能力，而且能在課堂上廣泛參與討論，交流思想，合作學習；學生對細胞生物學的理論知識和實驗技能掌握得較為扎實，對細胞生物學的科學前沿有較敏銳的把握，利用細胞生物學基礎知識、基本技能開展相關領域研究的能力得到了提高?？傊?，研究性教學模式從根本上發展了學生學習的主體性，為培養學生的創新意識、發展學生的科研思維能力提供了條件。教師應積極開展研究性教學的嘗試與探討，培養創新型人才。
參考文獻
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細胞生物學的研究范文第2篇
[關鍵詞] CIK細胞;擴增;殺傷活性
[中圖分類號] R392.12 [文獻標識碼] A [文章編號]1673-7210（2007）12（c）-019-03
The study of the expansion in vitro and its biological characteristics of cytokine-induced killer cells
WANG Jia-lie, MA Guo-qiang, BAO Li-qing, LIU Yan-ru
(Study Center of Respiratory Disease, Inner Mongolia Hospital, Huhhot010017,China)
[Abstract] Objective: To observe the proliferation ability in vitro and its biological characteristics of cytokine-induced killer cells. Methods: PBMCs were isolated with successive non-adhere method fromvenous blood ,then were induced to be cytokine-induced killer cells by ficoll density gradient centrifugation in the presence of IFN-γ，IL-1β，IL-2 and anti-CD3 antibody. LAK (lymphokine activated killer) cells were prepared as control. The proliferation ability of CIK cells was measured by calculation , the phenotype of CIK cells was analyzed by flow cytometry（FCM）and the killing tumor cell activity of CIK cells was tested with MTT method. Results: After 16 days of induction the proliferation rate of CIK cells reached a high peak, possessing strong proliferate ability with over 100 times expansion after 21 days culture; In comparison with LAK, CIK cells had no difference in early stage, but onday 18,21 the multiplicationability of CIK cells was higher than that of LAK cells markedly (P
[Key words] Cytokine-induced killer cells; Multiplication ability; Killing ability
細胞因子誘導的殺傷細胞(cytokine-induced killer，CIK)是將人外周血單個核細胞(PBMC)在體外經過多種細胞因子作用后培養獲得的一群異質細胞。它同時表達CD3和CD56兩種膜蛋白分子[1，2]，兼具有T淋巴細胞強大的抗瘤活性和NK細胞的非MHC限制性殺瘤特點，被認為是增殖速度最快，殺瘤活性最強，殺瘤譜最廣的效應細胞。過繼性免疫治療是治療惡性腫瘤的一個重要輔助治療方法，用于過繼性免疫治療的免疫活性細胞必須具有較強的擴增力和殺傷性。本實驗通過對CIK細胞的體外培養及其生物學特性的研究，以尋求用于過繼免疫治療的高效免疫活性細胞。
1 材料與方法
1.1實驗材料
人外周血樣品取自中心血站12例健康成人自愿者的靜脈血50 ml。男6名，女6名，年齡20～50歲。人肺腺癌細胞株A-549購自南京凱基生物科技發展公司。
1.2主要試劑和儀器
RPMI1640培養基(美國GIBCO公司)；特級無支原體無熱源胎牛血清(美國TBD公司)；人淋巴細胞分離液(密度：1.077 g/cm3 ，TBD生物技術發展中心，天津)；二巰基乙醇(美國TBD公司)；臺盼藍（美國Sigma公司）；二甲亞砜（美國Sigma公司）；青霉素，鏈霉素（華北制藥有限公司）；胰蛋白酶（南京凱基生物科技發展公司）；乙醇、谷氨酰胺、PBS、EDTA等購自北京化學試劑公司；MTT試劑盒（南京凱基生物科技發展公司）；重組人白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)、白細胞介素-2(IL-2)和干擾素-γ(interferon-γ，IFN-γ)(PEPROTECH公司)、CD3mAb（美國Stem Cell Technologies公司）；CD3-FITC（異硫氰酸熒光素）、CD4-PE（藻紅阮熒光素）、CD8-PE、CD3-FITC、CD56-PE和鼠抗人IgG熒光抗體（美國eBioscienc公司）；流式細胞儀(美國BD公司)；550酶標儀（美國Biorad公司）。
1.3實驗方法
1.3.1 PBMC的分離(密度梯度離心法)及LAK、CIK細胞的誘導將人外周抗凝血用淋巴細胞分離，吸取白膜層細胞即PBMC，PBS洗滌3遍，加入含10%無熱源胎牛血清RPMI1640（1 mmol/L丙酮酸鈉、2 mmol/L谷氨酞胺、10 mmol/L Hepes、89 mmol/L NaHC03、50 μmol/L巰基乙醇、0.1 mg/ml鏈霉素、100 U/ml青霉素培養基），調整細胞濃度，接種于25 cm2培養瓶中，1.0×107個/（10 ml?瓶)，置于37℃、5% CO2飽和濕度培養箱內靜置2 h，可見分為黏附于瓶壁的細胞和非黏附細胞。取非黏附細胞分成2組。LAK組:加入500 U/ml IL-2，每3天換液1次并補加500 U/ml IL-2。CIK組:第1天加入IFN-γ 1 000 U/ml、IL-1β10 U/ml，24 h后加入IL-2 100 U/ml、CD3mAb 50 ng/ml，此后每隔3 d換液1次，并補加IL-2及CD3mAb。
1.3.2LAK、CIK細胞表型的檢測在培養1，4，7，10，13，16，19，22 d取培養的細胞，用PBS洗滌兩遍，調整細胞濃度為5.0×106個/ml，取100 μl懸液加入流式專用試管中，加入FITC、PE標記的鼠抗人單克隆抗體CD3-FITC、CD4-PE、CD8-FITC、CD3-FITC、CD56-PE，對照為IgG1-FITC、IgG12PE，25℃下避光孵育0.5 h，用PBS液洗滌3遍，洗去多余的抗體。并用同型無關陰性抗體做對照，在流式細胞儀（美國BD公司）上檢測分析，至少分析1.0×105個細胞。
1.3.3 LAK、CIK細胞殺傷活性的檢測取對數生長期的肺癌細胞A-549作為靶細胞，用RPMI1640培養基稀釋成1.0×105個/（100 μl?孔），接種細胞于96孔培養板中，然后取出培養兩組效應細胞，把效應細胞加入靶細胞孔中混合，另設單獨靶細胞和效應細胞組，每組設3個復孔，放置培養箱中培養24 h，每孔加入MTT(5 mg/ml)測儀于570 nm處測OD值，按下面公式計算各組LAK的殺傷活性。
1.4統計學處理
數據采用SPSS12.0統計軟件包處理，數據以均數±標準差（x±s）表示，多個均數間使用單因素方差分析，兩樣本均數的比較用t檢驗，P
2 結果
2.1 CIK細胞的增殖情況
實驗表明PBMC在細胞因子作用下均能增殖，鏡下可見細胞飽滿透亮、聚集成團，呈集落樣生長。與LAK比較，在前期無明顯差異，至19、22 d時擴增能力顯著高于LAK細胞的擴增倍數(P
表1不同培養天數LAK、CIK細胞的增殖情況(x±s，倍)
2.2 CIK細胞的表型分析
用流式細胞儀分析細胞表型，結果顯示CIK細胞培養后，其主要效應細胞CD3+CD56+ 細胞較培養前顯著增加(P
與培養前比較，*P
2.3 CIK細胞的殺瘤活性
CIK細胞在培養至第13天即有較高的殺瘤活性，為61.17%，顯著高于LAK細胞的41.02%(P
與單純的LAK對照組比較，*P
3 討論
近年來惡性腫瘤的發病率呈逐年上升的趨勢，隨著細胞免疫學和分子生物學的發展，細胞免疫治療成為除化療、放療之外的又一重要輔助治療手段，副作用輕微，安全性較好[3]。過繼免疫治療(ALT)是惡性腫瘤生物治療的一個重要手段，是通過直接向腫瘤患者輸注具有抗腫瘤活性的免疫活性細胞，在體內發揮抗腫瘤作用，以此來達到治療腫瘤的目的。淋巴因子誘導的殺傷細胞（lymphokine activated killer，LAK）是由IL-2激活的殺傷細胞，具有廣譜殺傷腫瘤的細胞活性，其較早用于臨床腫瘤免疫治療并取得了一定療效。細胞因子誘導的殺傷細胞(cytokine induced killer，CIK)是一種非MHC限制性的高效溶解腫瘤的細胞毒性T細胞，其主要效應細胞表面既有T細胞表面標志CD3，也有NK細胞表面標志CD56[4，5]，因而兼有T淋巴細胞抗瘤活性和NK細胞非MHC限制性殺瘤的特點。CIK 細胞是一類非主要組織相容性復合物(MHC)和非T細胞受體(TCR)限制性的免疫活性細胞，在培養過程中，一些非活性細胞在多種細胞因子的共同刺激下，激活為有細胞毒作用的CIK 細胞。這些活性細胞發揮抗腫瘤作用的機制很可能是通過黏附分子LFA-1/I、CAM-1相互結合后，能夠分泌大量的BLT 酯酶的細胞質顆粒，這些顆粒能夠直接穿透封閉的靶細胞膜進行胞吐，從而導致腫瘤細胞的裂解[6]；同時，CIK細胞自身還能分泌IL-2、IL-6、TNF-α和GM-CSF等一些細胞因子，提高細胞毒作用。是目前最新、殺傷腫瘤效果最佳的生物免疫治療方法。Lanier于1986年首次發現這種異質細胞群(主要是CD3+CD56+細胞)，其在外周血淋巴細胞中的比例為1%～5%[7]。經過多年的實踐，科學家們找到了體外大量擴增CIK細胞的方法，即應用細胞因子IL-1β，IL-2，IFN- γ和CD3單抗共同培養產生CIK。我們在實驗中采取此方法，在分離外周血單個核細胞中先加IFN-γ，24 h后加入抗CD3單抗、IL-1β與IL-2，培養22 d，每3天換液和補加細胞因子，培養13 d時即有25%左右的細胞是CD3+CD56+細胞，具有典型的CIK細胞形態和生物學性狀。CIK具增殖速度快、殺瘤活性高、殺瘤譜廣、毒副作用小等優點，目前自體及異體外周血CIK細胞已被用于一些實體瘤和惡性血液病的治療，并取得了較好的療效。我們的實驗結果表明，與LAK 細胞相比，CIK細胞具有更強的增殖能力，培養至22 d時體系中總的細胞數可增加100多倍。用流式細胞儀分析細胞表型， 結果顯示CIK細胞培養后， 其主要效應細胞CD3+CD56+ 細胞較培養前顯著增加(P
綜上所述，本研究采用IFN-γ、抗CD3單抗、IL-1β和IL-2等多種細胞因子成功從健康人非貼壁PBMCs中誘導出大量的具有典型形態和免疫表型的CIK細胞，且具有較高的殺傷活性，為下一步臨床治療腫瘤奠定了基礎。
[參考文獻]
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細胞生物學的研究范文第3篇
關鍵詞：糖基轉移酶 探針 腫瘤 耐藥
Annual Report-Effect and Mechanism of Sugar Chains on the Biological Behavior
of Tumor Cells
Zhang Jianing1 Zhang Yan2 Yan Qiu1 Jia Li1 Wang Shujing1
（1.Dalian Medical University；2.Shanghai Jiao Tong University）
Abstract：This study suggests that the new Y subfamily of ppGalNAc-Ts plays an important role in protein glycosylation； characterizing their functions will provide new insight into the role of ppGalNAc-Ts. Disulfide- and terminal alkyne-modified magnetic silica particles （DA-MSPs） were synthesized and used to covalently capture and reductively release azido glycopeptides via click chemistry and dithiothreitol treatment. Using DA-MSPs， an efficient and specific enrichment method for separating azido glycopeptides has been developed. The alterations of integrin glycosylation play a crucial role in tumor metastasis. Our previous studies indicated that caveolin-1 promoted the expression of the key a2，6-sialytransferase ST6Gal-I and fibronectin-mediated adhesion of mouse hepatocarcinoma cell. Herein， we investigated the role of a2，6-sialylated a5-integrin in the adhesion of mouse hepatocarcinoma H22 cell. We demonstrated that caveolin-1 up-regulated cell surface a2，6-linked sialic acid via stimulating ST6Gal-I transcription. Cell surface a2，6-sialylation was required for integrin a5b1-dependent cell adhesion to fibronectin， and an increase in a2，6-linked sialic acid on a5-subunit facilitated fibronectin-mediated focal adhesion kinase phosphorylations， suggesting that a2，6-sialylated a5-subunit promoted integrin a5b1-dependent cell adhesion. B4GALT family consists of seven members， which encode corresponding enzymes known as type II membrane-bound glycoproteins. These enzymes catalyze the biosynthesis of different glycoconjugates and saccharide structures， and have been recognized to be involved in various diseases. In this study， we sought to determine the expressional profiles of B4GALT family in four pairs of parental and chemoresistant human leukemia cell lines and in bone marrow mononuclear cells （BMMC） of leukemia patients with multidrug resistance （MDR）. The results revealed that B4GALT1 and B4GALT5 were highly expressed in four MDR cells and patients， altered levels of B4GALT1 and B4GALT5 were responsible for changed drug-resistant phenotype of HL60 and HL60/adriamycin-resistant cells. Thus， we propose that B4GALT1 and B4GALT5， two members of B4GALT gene family， are involved in the development of MDR of human leukemia cells， probably by regulating the activity of Hh signaling and the expression of P-gp and MRP1.
細胞生物學的研究范文第4篇
【摘要】 為進一步提高臍血造血細胞的擴增倍數并達到臨床規模，本研究中利用自主開發的有溶氧和pH控制的攪拌式生物反應器進行了臍血造血細胞的換液培養。結果表明，培養中總細胞、CD34+細胞、各系集落形成細胞(CFU-GM，BFU-E，CFU-Mix，CFU-Mk)的擴增倍數均高于方瓶培養，而且由于控制了較低的溶氧，所培養細胞中干/祖細胞含量顯著高于方瓶培養。該反應器中培養的臍血造血細胞達到了臨床應用的規模。結論：反應器中培養環境更有利于干/祖細胞的維持和擴增，而且可達到成人造血干細胞移植所需細胞量。
【關鍵詞】 臍血
Ex vivo Culture of Umbilical Cord Blood Hematopoietic Cells in Stirred Tank Bioreactor with feeding protocol
Abstract To increase the expansion multiple of cord blood (CB) hematopoietic cells and to reach a scale for clinical application，the mononuclear cells from CB were cultured in a autonomously developed stirred tank bioreactor with dissolved oxygen (DO) and pH controlling. The result showed that the expansion multiple of total cells，CD34+ cells，and progenitors cells (CFU-GM，BFU-E，CFU-Mix，and CFU-Mk) in bioreactor were greater than that in T-flasks. The rate of progenitors to total cells in bioreactor culture was also greater than that in T-flasks. The good results in bioreactor should be attributed to the controlled，optimized DO. Clinical-scale culture was realized from one sample of CB in this bioreactor. These results suggested that the culture environment in bioreactor with optimal DO and pH controlling is more favorable for stem/progenitor cell maintenance and expansion，and the expanded cells from one sample of CB is enough to transplant for an adult patient.
Key words cord blood；hematopoietic cell；bioreactor；stirred culture
臍血細胞中富含造血干細胞，從而成為除骨髓和外周血之外一個重要造血干細胞來源，在臨床上有著廣泛應用，但臍血中造血干細胞的絕對數量少，無法滿足成人的移植要求，而通過體外培養和擴增有望克服這一矛盾。體外擴增骨髓細胞、外周血細胞、臍血細胞的臨床實驗都已有所報道［1，2］，證明了體外擴增后細胞用于臨床的安全性和可行性。目前開發的體外擴增造血干細胞的培養系統主要有平板灌注腔反應器、固定床和流化床反應器、攪拌式反應器等［3］。其中攪拌式生物反應器能提供均一的培養環境，而且取樣和數據采集簡單，易于實現自動控制，因此，在造血細胞臨床規模培養中有較好的應用前景［3，4］。本研究應用自主開發的攪拌式生物反應器系統，進行臍血造血細胞的換液培養研究。
材料和方法
臍血(CB)和單個核細胞(MNC)的分離
臍血由上海國際和平婦嬰保健院提供。供者要求是身體健康、發育良好的非高齡產婦。臍血經淋巴細胞分離液(Ficoll)密度梯度離心后，收集單個核細胞，并以IMDM培養液洗滌2次。
培養基和細胞因子
體外培養液用IMDM（Gibco公司），使用時添加20％胎牛血清(FBS)，以及SCF（50 ng/ml）、IL-3（5 ng/ml）、IL-6（20 ng/ml）、G-CSF（2.0 ng/ml）和GM-CSF（2.0 ng/ml），其中SCF、IL-6購于北京寶賽生物技術公司，IL-3購于Pepro-Tech公司，G-CSF購于上海三維制藥廠，GM-CSF購于上海海濟生物技術有限公司。
造血細胞的反應器換液培養
將分離得到的臍血單個核細胞以2×106 cells/ml的密度在 T-175方瓶中培養4天后，再接種到反應器中或T-25型方瓶（Nunc公司）中進行培養，進行的2次實驗中接種密度均為0.8×106 cells/ml。反應器為自主開發產品，其中反應器中所用材料經過造血細胞的生物相容性檢驗，反應器工作體積為300-500 ml，攪拌系統為磁力攪拌，轉速控制為30 r/min。反應器的溫度控制為37℃，溶氧和pH通過調節空氣、氮氣、氧氣和二氧化碳的流量來控制，通氣方式為表面通氣。pH控制在7.15，溶氧控制為飽和溶解空氣的25％。細胞接種到反應器后，待細胞密度生長至2.0×106 cells/ml后進行換液，即取出50％的細胞液，并加入相同體積含有相同細胞因子的新鮮培養液。實驗中以T-25方瓶作對照，每瓶裝液7 ml，置于37℃、5％ CO2、飽和濕度的培養箱中進行細胞培養，方瓶與反應器中換液比例和頻率相同。
細胞計數及活性分析
臺盼藍染色后利用血球計數器進行活細胞和總細胞的計數，由于實驗中很少能見到被染成藍色的細胞（死細胞），因此，未進一步計算細胞活性。
造血細胞的集落檢測
集落的檢測體系為IMDM培養液，添加20％胎牛血清（FBS），4 mmol/ml谷氨酰胺（Sigma），含0.9％甲基纖維素(4 000cp，Sigma)，以及人重組造血生長因子SCF、IL-3、IL-6、GM-CSF、G-CSF、 EPO，其濃度分別為50、20、20、20、20 ng/ml和2 U/ml，并添加1％牛血清白蛋白（BSA）。取(1-3)×104培養或沒培養的單個核細胞加入0.5 ml集落培養液中，置于37℃、5％ CO2、飽和濕度的二氧化碳培養箱中培養12天后，進行CFU-GM、BFU-E、CFU-Mix計數，其中CFU-Mix為至少含有粒細胞和紅細胞的集落。
CFU-Mk的檢測采用血漿塊法，細胞以1×105 cells/ml的接種密度接種于24孔板中，每孔加50 μl臍血漿，50 μl 3.4 g/L的CaCl2溶液，另加入含有TPO （20 ng/ml）、IL-3（10 ng/ml）、IL-6（10 ng/ml）的α培養基（Gibco公司），混勻后靜置凝固。培養10-12天后，用1∶3的甲醇/丙酮溶液原位脫水，并固定30分鐘，然后按次序加入1% BSA、鼠抗人CD41抗體、生物素標記的羊抗鼠IgG抗體、抗生物素蛋白-堿性磷酸酯酶復合物（加入后都要作用一定時間，然后用0.05 mol/L Mtris/NaCl緩沖液淋洗3遍，再加入其它試劑），染色后在40×目鏡下觀測呈紅色的集落。
細胞表型分析
流式細胞儀分析中所用抗體為PharMingen公司產品。取1.0×106未擴增或擴增后的細胞加入1.5 ml離心管中，用PBS洗2遍，離心后倒掉上清液，加PE偶聯的小鼠抗人CD34單克隆抗體和FITC偶聯的小鼠抗人CD45單克隆抗體各10 μl，4℃孵育30分鐘。PBS洗2遍，離心后，每管加1 ml FACS保存液；標記抗體后的細胞用流式細胞儀（Becton Dickinson公司）分析，結果用Lysis II軟件處理。
結
果
總細胞的擴增
由圖1可見，換液培養時，總細胞在18天的培養中一直維持擴增，在開始的14天中反應器和方瓶中總細胞擴增倍數相差不大，14天后開始有所差別，說明培養到后期方瓶中細胞增殖潛力不如反應器。擴增到18天時，兩批實驗反應器中總細胞分別擴增37.2倍和26.3倍，方瓶低于反應器中擴增倍數。
干/祖細胞的擴增
CFU-Mix由于具有多向分化潛能，代表了較原始的干/祖細胞，換液培養中CFU-Mix擴增情況如圖2所示，兩次實驗反應器中CFU-Mix的擴增分別在第10天和第9天達到最大，擴增倍數分別為7.7和8.9，方瓶中第7-8天達到最大，而后逐漸下降，其擴增倍數明顯低于反應器中。反應器中培養至14天仍可檢測到CFU-Mix，而方瓶中10天后僅能檢測到很少的CFU-Mix。
CFU-GM的擴增在14天左右達到最大，而后維持數天，或有所下降，而方瓶中擴增倍數在第10天達到最大，而后開始較快下降，而反應器中CFU-GM擴增倍數一直高于方瓶，最大擴增倍數分別為27.4和23.6，顯著高于方瓶（圖2）。
BFU-E達到最大擴增倍數的時間較早，在7天左右，由于本實驗中沒有添加EPO，所以BFU-E的擴增倍數不高，由圖2可以看出，反應器中擴增倍數一直高于方瓶。
反應器中CFU-Mk的擴增倍數在10天時達到最大，而后逐漸下降，14天后基本檢測不到CFU-Mk，而方瓶中第7-9天達到最大后就開始較快地下降。擴增最大時，兩次實驗反應器中分別擴增10.3倍和14.4倍（圖2）。
培養中CD34+細胞的擴增如圖3所示，反應器擴增倍數一直上升，至14天時達到最大，方瓶培養到第7天時與反應器相差不大，第10天開始有較大差異，第14天的擴增倍數比第10天時提高不大。由圖看見最終反應器中CD34+細胞的擴增倍數高于方瓶培養。
反應器培養的規模
附表顯示了2次實驗中反應器培養的規模，由附表可見，如果不取出細胞而采用流加方式培養細胞，則培養到12天時，第1次實驗中可得到2.44×109總細胞、4.88×106 CFU-Mix、11.9×106 CFU-GM和59.5×106 CD34+細胞，第2次實驗可得到2.03×109總細胞、3.53×106 CFU-Mix、9.0×106 CFU-GM、和36.7×106 CD34+細胞。
造血干細胞移植中細胞需要達到的理想量是總細胞3.7×107 cells/kg，和CFU-GM 2.0×105 cells/kg，CD34+細胞2.5×106 cells/kg。按此計算，對于1個50公斤體重的病人總細胞、CFU-GM、CD34+細胞必須分別達到1.85×109、 10×106、和125×106 個。我們的檢測中是作同一集落分析而分別計數CFU-GM 和CFU-Mix，而CFU-Mix是比CFU-GM更原始的細胞，因此，這兩個數字應該相加再與文獻中所述的CFU-GM量相比才是科學的，從總細胞和集落形成細胞數來說，反應器培養所得細胞可達到理想量的要求。CD34+細胞數雖然小于理想量，但也可滿足最低量25×106細胞的要求。因此，如果利用該反應器一直補料培養，可以從一份臍血培養得到足夠用于臨床的細胞量。
討 論
造血干/祖細胞移植目前在臨床中主要用于造血干/祖細胞缺陷性血液病、先天性免疫病、各類自身免疫病、及實體瘤的治療，是一種重要的細胞治療手段。臍血造血干/祖細胞作為一種造血干/祖細胞來源，
由于數量較少，在臨床上只能用于兒童患者，要應用于成人患者則必須通過體外擴增增加其數量，其中培養環境中的溶氧、pH、細胞因子、培養方式等對擴增效果有重要影響。因此，要實現造血干細胞體外擴增技術在臨床上應用，需要開發出足夠大規模、標準化的培養系統以及相應的擴增工藝。本研究采用攪拌式生物反應器在臨床規模擴增了臍血單個核細胞，擴增得到的細胞中代表造血干/祖細胞的CD34+細胞、CFU-GM、CFU-Mk等細胞的含量均較常規的靜態培養高，更適于臨床應用。而且，其培養規模達到了臨床應用中所需移植細胞量的要求。
溶氧是造血細胞發育的重要調控因子，很多報道都表明，低氧分壓（1％-5％）比正常氧分壓（20％）有利于造血干/祖細胞的維持和擴增［6］，因此，我們在生物反應器中控制的溶氧為飽和空氣的25%，這與5％氧分壓相當。實驗表明，反應器培養中不但細胞擴增倍數高，所得細胞中CFU-GM、CFU-Mix、CFU-Mk，CD34+細胞的含量都高于方瓶培養的結果，而且維持時間比方瓶中長，這應該與反應器中所維持的低溶氧有關。
值得注意的是，在本系統中雖然在一定程度上可以減緩造血干/祖細胞的分化速度，但并不能從根本上解決培養過程中造血干/祖細胞的分化問題。另外，本實驗中所檢測的各類集落形成細胞及CD34+細胞都僅能代表造血祖細胞，因此其擴增情況只能代表祖細胞的擴增，如果要確定造血干細胞是否真正實現了擴增，則需要進行SCID小鼠體內造血重建實驗才能夠確定。
Collins等［3］也用400 ml的有pH和溶氧控制的反應器進行了臍血造血細胞的培養，其2次實驗中總細胞分別擴增了約35倍和200倍，而CFU-GM分別擴增了約23倍和30倍，我們的結果與之相比相差不大。Kim等［7］在不控制pH和溶氧的轉瓶中進行了骨髓造血細胞的培養，培養中只添加細胞因子組合IL-3、SCF、GM-CSF和EPO，結果總細胞和CFU-GM只擴增了8倍和5倍。在此基礎上添加基質細胞條件培養基顯著提高了總細胞的擴增，CFU-GM擴增也提高到了17倍，CFU-GM含量大大增加。我們的實驗中所添加的細胞因子為IL-3、IL-6、SCF、GM-CSF和G-CSF，其中促分化的IL-3、GM-CSF和G-CSF添加量都較小，分別為5 ng/ml、2 ng/ml、2 ng/ml，這對防止細胞過早分化有一定作用。如果在此基礎上進一步優化培養基，如添加基質細胞條件培養基或FL和TPO等能促進干細胞增殖的細胞因子等，有望進一步提高造血干/祖細胞的增殖。
除造血干/祖細胞外，為縮短粒細胞和血小板的恢復期，以及為放療和化療提供輔助治療，臨床中對粒細胞、巨核細胞、紅細胞等成熟細胞的需求也很大，因此，培養成熟細胞也是造血細胞體外擴增的重要內容之一。Neildez-Nguyen等［8］在體外培養紅細胞前體細胞的實驗中所培養的總細胞數達1010個，這些前體細胞在輸入小鼠體內后可分化為成熟的紅細胞，對于如此大規模的成熟細胞培養，應用攪拌式生物反應器將更有優勢。
【參考文獻】
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細胞生物學的研究范文第5篇
1 細胞機械應力響應的生物學基礎
1．1 細胞結構的張力完整性：張力完整性結構(stress integrality structure，SIS)由承受壓力構件和一系列連續的張力構件相互連接組成。這種結構的穩定性取決于結構內部完整性的保持，因而被稱為張力完整性。生物學研究表明，細胞的結構符合張力完整性原理，而且細胞骨架(cellularframework，CF)的張力完整性影響細胞的形狀及功能。細胞骨架的張力完整性是細胞形變的主要決定因素。有關研究表明扁平細胞比圓形細胞DNA合成更為旺盛，說明細胞的變形是信息傳遞的重要環節。在機械應力的作用下細胞骨架的所有構件為了分散張力和壓力而發生整體重排，從而導致細胞發生形變，細胞形狀調節發出的調節信息以力的形式傳遞。因此，機械應力的變化可以通過細胞及其骨架內的力平衡而對細胞的生長和生化性質產生影響，即細胞受到來自體外的直接的力學刺激時，它的形態和功能都會發生改變。由于張力完整性結構中存在預應力，若對該結構中的某一構件施加應力，所有相互連接的構件包括距離很遠的構件就會整體重排，從而導致線性硬化響應，即結構硬度的增加與施加應力的增加成正比?；罴毎€性硬化以響應通過細胞表面受體傳遞的應力，力學信號再通過細胞骨架的幾何形狀或分子結構依賴于力的變化而轉變為生化響應。研究發現，骨架重排可引起細胞形態的改變，細胞骨架作為細胞內的張力框架，通過與細胞膜上分子的直接聯系，將力學受體上的分子扭曲力在細胞內傳遞分布，再經過效應分子的扭曲力將力學信號最終表現在效應點上。
1．2 整合素：細胞整合素是一類重要的細胞表面受體，其配體主要為細胞外基質蛋白(extracellularmatrix，ECM)，如膠原蛋白、纖粘連蛋白、層粘連蛋白等。整合素通過識別這些胞外基質蛋白，介導細胞與細胞、細胞與ECM的粘附反應并接受傳導級聯信號，在多種基本的病理生理過程中發揮重要作用。其β亞單位的胞內區不僅能與肌動蛋白結合的蛋白質如vinculin、talin、paxillin及－actinin反應，而且還能與聚焦粘附激酶(focaladhesion kinase，FAK)的氨基端反應，FAK進一步與各種信號分子反應，如C－Src、Graf(與FAK有關的GTP酶調控因子)、IP－3激酶等，這些信號分子又可進一步激活各種下游蛋白的級聯反應，包括促有絲分裂原激活蛋白激酶(mitogen－activitatedprotein kinase，MAPK)，蛋白激酶c(proteinkinase C，PKC)和PIP－5激酶等。
目前，越來越多的研究表明整合素具有機械應力轉導的功能，并且主要集中于整合素聚焦粘附區域，起到變機械力學信號為化學信號的作用。采用裱襯了纖粘連蛋白或含RGD肽的微球對細胞進行剪切加載，發現力信號可以直接傳入細胞骨架(表現為細胞硬度指數隨應變增大而增高)，而若微球未裱襯或裱襯其他非整合素的配體，則力信號不能直接傳入細胞骨架。利用磁扭轉細胞計，將機械應力直接作用于細胞表面受體證實，β1整合素能將力信號傳遞至細胞骨架，誘導聚焦粘附的形成，支持應力依賴性細胞硬度反應，這說明整合素是外力傳向細胞骨架的通道，細胞通過其表面的整合素受體及時響應，以張力整和的形式將響應的機械力信號有選擇地轉換到細胞和核內的不同結構部件上，如聚焦粘附絡合物中的信號分子、細胞膜中的離子通道、核糖體、核膜孔、染色體、甚至可能是單個基因，實現力化學轉化，從而調節細胞的生理機能，對維持細胞的生長和影響細胞的功能產生調控作用。
1．3 第二信使系統：細胞感受機械應力之后可生成一系列的第二信使分子，比如Ca2+，cAMP、PKC和IP3等。機械牽拉或剪應力作用可使成骨細胞和一些力敏感細胞(如血管內皮細胞)胞內Ca2+濃度迅速增高，Duncan等人的工作表明，應力誘導的成骨細胞胞內Ca2+濃度增高，至少部分通過應力敏感離子通道，且牽拉可使其電導增加并變得對機械刺激更為敏感。機械應變和剪應力亦均可誘導胞內IP3濃度增高，而IP3可以動員胞內鈣庫的釋放，從而使胞內Ca2+十濃度增高。機械牽拉和剪應力均可使胞內cAMP濃度增高，而cAMP濃度的增高與力刺激誘導的細胞增殖和基質合成密切相關。機械刺激可在20s內增高IP3水平，并使IP3水平和PKC活性在2min內達到峰值。另外應力也可直接激活磷脂酶A－2參與力的轉導過程?？梢姡珻a2+,cAMP．PKC和IP3等第二信使系統可在應力作用下發生變化。
1．4 應力反應元件：應力反應元件(stressresponsive element，SRE)是存在于細胞基因的啟動子內并且能夠被應力所誘導的啟動基因轉錄的順式調控元件，能夠特異性地上調或下調相關基因的表達。目前已知的機械應力反應元件至少涉及4種轉錄因子結合位點及10余種受應力調控的相關基因。轉錄因子又稱“第三信使”，是一類位于胞漿或胞膜上的蛋白質，被“第二信使”在轉錄后水平激活向核內轉移，與特定的DNA序列結合，選擇性地調節基因轉錄。目前在細胞上已發現至少有4種轉錄因子可被應力激活，它們分別是：①基因結合核因子(nuclear factor－gene binding，NF－xB)；②激活蛋白(activator protein－1，AP－1)；⑧早期生長反應蛋白(early growthresponse－1，Egr－1)；④刺激蛋白(stimulatoryprotein－1，SP1)?，F已發現的10余種受機械應力調控的相關基因，根據它們的生物學特性，大致可以分為血管活性物質基因、生長因子基因、粘附分子基因、趨化因子基因、凝血因子基因和原癌基因等。
2 細胞機械應力響應可能機制
具有應力感受功能的細胞(內皮細胞、上皮細胞、心肌細胞、成骨細胞、軟骨細胞、成纖維細胞等)感受力學微環境的變化，可將力信號轉化為細胞內一系列生物化學信號，最終導致基因表達變化。細胞外基質、整合素、局部粘附蛋白和細胞骨架網絡
相互聯系，彼此之間構成了一個完善的張力整合系統。在機械應力傳入細胞的過程中，細胞外基質及細胞膜均可能參與了信息傳遞，細胞上存在的整合素等機械應力感受器可直接將信息傳入細胞內，再通過細胞骨架的傳遞將信息傳入細胞核。
業已證明，在細胞中有好幾種轉導途徑，包括細胞膜離子通道(特別是牽拉激活的陽離子選擇性通道，如SA－cat)、與G蛋白偶聯的磷脂酶C通路、細胞內鈣離子和細胞骨架等都參與了細胞的力學信號轉導(mechanical stress－initiatedsignal transduction，MSIST)。胞外基質－整合素－細胞骨架復合體是主要的力學信號轉導途徑，可以傳遞作用在細胞表面上的應力到細胞內各區。此外已有一些證據，包括使用不同的細胞，如成纖維細胞、上皮細胞、內皮細胞、中性粒細胞及成骨細胞，表明在肌動蛋白肌絲與整合素的細胞質區部分之間起介導作用的a－輔肌動蛋白是一個關鍵分子結構，干擾肌動蛋白應力纖維的形成可阻止信號向細胞核的傳遞。G蛋白為常見的信號轉導關鍵分子，大G蛋白通過對其亞基上氨基酸殘基的脂化修飾作用而錨定在細胞膜上，從而為其接受細胞膜結構信號提供了結構基礎，而小G蛋白則通過細胞外基質―整合素―細胞骨架接受細胞外機械信號。Gudi等證實G蛋白的活化是早期心肌成纖維細胞應力刺激的機械信號轉導物質。細胞膜離子通道主要為力敏感陽離子通道，如Ca2+K+、Na+等，其激活無需第二信使分子的參與。細胞外鈣離子的內流和細胞內鈣離子的釋放也可能在力學信號轉導中起一定作用。鈣離子的升高起始于細胞內鈣離子的釋放，隨即伴有鈣離子內流。細胞內鈣離子釋放的機制可能與細胞骨架和磷脂酶c通路有關，應變所導致的細胞變形可以使與細胞骨架相連的一種磷脂酶c抑制子脫離原位，抑制子的解除可以允許磷脂酶c的激活。磷脂酶C又可激活蛋白激酶c通路，后者又產生三磷酸肌醇和甘油二脂，三磷酸肌醇則促使鈣離子從細胞內的貯存處釋放。細胞外鈣離子內流的途徑則是通過SA－cat通道。
一旦機械應力被感知，PKC以及MAPKS即被活化，導致c－fos、c－jun基因表達。Sadoshima等證實機械應力可以活化磷脂酶c、磷脂酶A2、磷脂酶D、IP3以及DAG，同時細胞膜上磷脂被磷脂酶C分解，能產生肌糖磷酸化以及diacylglycerol，而導致PKC活化，IP3激酶在細胞骨架參予的應力作用過程中扮演著關鍵的角色。機械應力還可直接活化酪氨酸激酶途徑并將機械信號傳遞給鳥嘌呤核苷接合蛋白(ras)，也可直接活化MAPK、MAPKK以及raf－1激酶。
盡管存在著多條不同的信號轉導通路，但它們之間是密切聯系的，這表明在感受應力刺激的過程中需要的是整個細胞的參與，而不可能只依賴于單一的信號轉導通路。不同的力學信號可能通過這些內在聯系而又相互調控的信號通路以不同的方式來影響細胞的反應。
