神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)的力生物學(xué)*

孫艷麗 趙虎成 馮西橋

（清華大學(xué)航天航空學(xué)院工程力學(xué)系，生物力學(xué)與醫(yī)學(xué)工程研究所，北京 100084）

神經(jīng)元（neuron）是動(dòng)物機(jī)體中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的一類(lèi)細(xì)胞，由胞體（soma）、樹(shù)突（dendrite）和軸突（axon）組成。在發(fā)育過(guò)程中，胞體和軸突都會(huì)進(jìn)行長(zhǎng)距離的遷移并精確地延伸到所需的位置。正在延伸的軸突最前端是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，用于引導(dǎo)和控制神經(jīng)突（neurite）的前端生長(zhǎng)，命名為生長(zhǎng)錐（growth cone，GC）［1］。軸突用GC 來(lái)檢測(cè)環(huán)境信號(hào)、調(diào)整其生長(zhǎng)速度與方向，進(jìn)而尋找下一級(jí)神經(jīng)元的樹(shù)突或胞體。過(guò)去一直認(rèn)為化學(xué)物質(zhì)濃度梯度決定軸突的最終延伸方向［2］。近期的研究發(fā)現(xiàn)，非洲爪蟾的視神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中，力學(xué)因素對(duì)軸突的延伸方向起到直接的調(diào)控作用［3］。這種力學(xué)因素和化學(xué)信號(hào)的整合不僅對(duì)發(fā)育很重要，而且對(duì)病理過(guò)程也很重要。許多神經(jīng)退行性疾病伴隨著中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織力學(xué)的變化，如體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均顯示：細(xì)胞外基質(zhì)硬度可影響軸突的延伸方向與生長(zhǎng)速度［3-4］。神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，涉及許多細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外信號(hào)的相互協(xié)調(diào)，如細(xì)胞骨架主動(dòng)收縮力、外部載荷和細(xì)胞外基質(zhì)剛度［5-6］。高度動(dòng)態(tài)的GC通過(guò)軸突桿（axon shaft）與胞體連接（圖1），GC與軸突桿中的力對(duì)軸突的正常生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。GC 在軸向產(chǎn)生張力拉動(dòng)神經(jīng)突軸延伸，軸突桿亦對(duì)GC 的前移有推動(dòng)作用［6］。因此，軸突生長(zhǎng)可認(rèn)為是GC與神經(jīng)軸突桿之間的相互協(xié)同作用的結(jié)果。本文將結(jié)合自己的工作綜述內(nèi)力與外部載荷對(duì)軸突生長(zhǎng)調(diào)控的最新進(jìn)展。……