2025年12月22日，南京中医药大学医学院郭军教授团队在Advanced Science上在线发表了题目为“Osmotic Tension Asymmetry Drives Electrotactic Migration via PDLIM7-Polarized Microfilament Coordination in Breast Cancer Cells”的研究论文。该论文系统揭示了外电场调控乳腺癌细胞定向迁移的力电耦合机制，更重要的是，为团队先前提出的“生物渗透压”新理论提供了关键实验证据，首次将“电-渗透压-力”协同调控框架应用于解析癌症转移这一临床核心问题。

经典渗透压理论认为，细胞内外环境处于等渗稳态，渗透压大小由溶液中溶质颗粒总数决定。然而，郭军教授团队在国际生物物理协会主办期刊Biophysical Reviews上在线发表的评述论文“Protein nanoparticles control bio-osmotic pressure via electromechanical collaboration”中，对“菲克定律、范德霍夫公式和唐南效应”等传统渗透压理论在人体的应用提出了系统性修正。该团队指出：传统理论基于理想半透膜模型，而活细胞质膜是具有选择性和可调控性的通透屏障，有多种离子通道与水通道蛋白，这决定了生物体内的渗透活动是动态的物理化学过程。

研究团队提出的“生物渗透压”新理论阐明：细胞渗透压是力电耦合的动态过程，其产生依赖于电压依赖离子通道的选择性通透性。细胞内游离蛋白纳米颗粒生成通过吸附阳离子主动调节细胞膜电位，并与钙离子协同控制膜电位的去极化与超极化转换。这一新认识提示：细胞内外环境并非简单的“等渗”平衡，而是不同离子渗透作用相互对抗的动态系统。

基于这一理论，研究团队进一步探究了肿瘤细胞趋电性定向迁移的机制。通过使用荧光共振能量转移张力探针技术，团队实现了对细胞内微丝张力和渗透压变化的实时监测。研究发现，施加外电场后，细胞朝向阳极的前缘发生骨架解聚及膜电位去极化，特异性激活氯离子通道TMEM16A，促进氯离子内流，形成局部高渗状态，导致前缘膨胀；而朝向阴极的后缘发生骨架聚合及超极化，选择性激活钾通道SK，促使钾离子外排，形成局部低渗状态，导致后缘收缩。这种非对称的渗透压分布驱动了细胞的定向迁移。研究也发现，细胞前后缘的渗透压差可空间极化招募蛋白激酶A，该激酶磷酸化微丝结合蛋白PDLIM7的第190位丝氨酸，增强其与F-肌动蛋白的结合能力，从而在前缘和后缘形成高度极化的微丝张力网络，并与细胞渗透压形成矢量的力学作用，驱动肿瘤迁移。

基于上述发现，研究团队提出的“力-电协同”新机制，完整描述了细胞定向迁移的调控路径。该模型首次将电信号、离子渗透力学与细胞骨架机械响应系统整合，揭示了肿瘤细胞如何通过不均衡力电耦合机制调控细胞形变和迁移活动，为肿瘤转移的防治提供了新思路。

人体渗透现象与等渗输液、肾透析、血液组成性疾病、水肿、尿液浓缩等生理病理过程密切相关。“生物渗透压新理论”的提出和验证，不仅带来了学术概念的革新，更关乎对生命本质的理解以及临床医疗实践的进步。当医学生和研究者以“生物渗透压”的动态视角重新审视教科书知识时，基础医学与临床医学的真正认知革命，或许将由此展开。

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s12551-025-01380-0

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41431193/