6月9日，《自然》（Nature）在线发表由中山大学附属第一医院精准医学研究院许杰研究员团队牵头联合美国罗格斯大学科研人员在细胞死亡领域取得的重要成果（论文链接）。
研究团队研发全球首台高通量机械张力刺激系统，通过大规模遗传筛选鉴定了细胞死亡过程中调控膜破裂的关键蛋白NINJ1，为控制脓毒败血症等系统性炎症反应中细胞死亡引发的炎症因子风暴提供了新靶点和新思路。
中山一院院长肖海鹏表示，这项研究成果是中山一院推动基础研究与临床诊疗交叉融合，促进医学创新的又一里程碑。
研究成果发表于国际顶尖学术期刊《自然》
发现细胞破裂的“开关密码”
细胞膜就像保护细胞的“城墙”，维持着细胞内外环境的稳定。但当细胞遭遇外力挤压、血流冲击或组织拉伸时，细胞膜可能破裂，并将细胞内容物（如DNA、炎性分子）倾泻而出，引发周围细胞的强烈反应。
这种被称为“质膜破裂”的现象，不仅是多种细胞死亡的最终结局，更是免疫激活、组织损伤乃至炎症风暴的重要触发点。这种免疫风暴会造成脓毒血症等危及生命的重症。
然而，长期以来医学界一直存在着未解问题：当机械力过强时，是什么决定了细胞膜是否会“撕裂”？是否有专门的调控因子参与这类极端应激反应？
最终，许杰团队发现一种名为NINJ1的跨膜蛋白，在多种细胞类型中都显著影响机械张力下膜破裂的概率。这表明NINJ1可能不仅在死亡信号激活后起作用，在没有炎性通路参与的机械应力情况下，也能决定膜的稳定性。
团队进一步实验验证显示，敲除NINJ1会显著提高细胞膜在机械应力下的抗破裂能力，而NINJ1的过表达会降低膜破裂的张力阈值，使膜在较低机械应力下即发生破裂。
为验证NINJ1在更接近生理病理状态下的作用，许杰团队和向芙莉团队采用模拟血流剪切的流体装置，在细胞内预激活炎性通路后施加流体剪切应力模拟微血管环境。
结果显示，在相同条件下，NINJ1缺失显著减少了细胞膜破裂事件、LDH释放以及双链DNA释放等指标，说明即使细胞处于“待破”状态，NINJ1的存在仍是机械诱导膜破裂的必要因素之一，它能通过与机械力协同，在不同机械力微环境的组织中精妙调控细胞膜破裂，决定细胞死亡后破裂的位置和程度，从而影响下游免疫反应。
团队照片。（受访者供图）
为脓毒血症等重症找到新的治疗思路
该研究将细胞力学、生物物理与分子筛选技术相结合，系统性地将NINJ1定义为调控细胞质膜力学脆弱性的功能性膜蛋白。与传统的力敏感通道（如PIEZO1，PIEZO2等）或G蛋白偶联受体不同，NINJ1在更底层的物理结构层面调控膜对机械力的响应能力。
在临床层面，NINJ1可能成为调节应力相关组织损伤、过度炎症反应乃至自身免疫疾病的新型靶点。例如，在肺损伤、败血症或肿瘤微环境中，用小分子药物或纳米抗体限制NINJ1活性可能有助于控制DAMP释放、降低组织破坏程度，有效抑制脓毒败血症中的炎症风暴。
“在重症监护室里，有一种叫‘脓毒败血症’的严重疾病，这是一种严重的全身免疫性反应，速度非常快，危害很大。这种不受控制的免疫反应一般由体内大量细胞死亡诱发，但分子机制目前尚不明确”，许杰表示，这项研究展示了细胞破裂的生物物理机理，我们可能可以从源头上进行制止、缓解，并对下游炎症风暴的发生发展进行干预。
许杰介绍，在下一步的研究转化方面，目前计划进行小分子药物和纳米抗体的开发，“纳米抗体比传统抗体更小，穿透力更好；小分子药的好处是可以做成药片，方便口服。这两种转化会同时进行”。
许杰研究员（左）指导团队成员实验。（受访者供图）
自制设备，为细胞进行“压力测试”
在研究中，许杰团队测试了多种给细胞施加机械张力的方法，试图用此来进行大规模遗传筛选。但由于平台没有相关的设备，而且市场上的细胞拉伸系统都只能同时进行几个实验，远不能达到同时进行三四百个实验的要求，团队决定从零开始，自主设计开发新设备，来推进科学的发展。
此前，许杰已成功开发了一套高通量流体刺激系统，并在此基础上取得了重大的发现，成果于2018年发表于另一顶级期刊《细胞》（Cell）。
自2020年底起，研究团队开始着手设计和制造一个基于PDMS薄膜的384孔拉伸系统。团队花了近两年的时间，经历五次迭代，最终研发出能对大规模细胞群施加均匀机械力刺激的原型机——高通量机械张力刺激设备。
利用这一设备，团队对几千个人类多跨膜蛋白进行系统性敲低筛选，找出那些能增强或减弱细胞膜在拉伸状态下的完整性的基因。
据介绍，本次研究中开发的高通量力学刺激平台，并不是“一次性”的，它还可广泛应用于其他机械敏感相关基因筛选以及机械力相关疾病的新药筛选和开发。
采写：南都记者 李文