不同强度外源性电场对细胞迁移特征的影响

郭晓慧，施利民

（云南师范大学；云南 昆明 650000）

不同强度外源性电场对细胞迁移特征的影响

郭晓慧，施利民

（云南师范大学；云南 昆明 650000）

目的 探讨电信号对细胞迁移的影响，确定细胞趋电性性质以及趋电性迁移的最佳电场强度。方法 细胞饥饿5 h后分别暴露于0、2、4、6、8、10、12 v/cm 7个电场强度下，分析其迁移特征。结果 细胞朝电场负极迁移，趋电指数随电压强度的加大而增加，12 v/cm电场强度刺激下，细胞趋电性指数最大，为-0.89 s，但细胞迁移速度不受电场强度的影响。结论 盘基网柄菌细胞趋电性性质良好，8~12 v/cm的外源性电场强度是研究其趋电性最佳场强范围。

盘基网柄菌；外源性电场；细胞迁移

细胞响应电势梯度信号并呈朝向或背离电极某一方向的趋向性运动称为细胞的趋电性（electrotaxis）[1]，电场作用下细胞迁移属于定向迁移。细胞定向迁移是有机体完成若干重要生理过程的前提条件，如细胞有丝分裂、胚胎发育、伤口愈合、组织再生、免疫应答等正常生理活动[2]。细胞迁移方向的异常则会导致机体自身免疫反应、发育畸形及肿瘤细胞的发生、转移等危害有机体的病理过程[3]。

利用细胞趋电性对疾病的早期诊断已经应用到临床[4]，如：临床骨损伤康复治疗[5]、治疗难愈性皮肤伤口[6]等。电信号指导下的细胞定向迁移除应用于损伤修复外，在控制和传播癌细胞方面亦具有重要作用。研究显示，在同样强度电场下转移性高的癌细胞定向迁移反应强于转移性低的癌细胞[7]。细胞趋电性迁移机制一直是医学界和生命科界研究的热点。但活体动物组织器官内产生的电流强度较弱难以测得，并且活体实验探究电信号作用机制经常受到一些客观条件的限制。随着实验技术的发展，现可通过特定的实验装置施加外源性电信号，刺激能够感受电信号的细胞，以观察细胞各种反应，进而揭示细胞趋电性迁移的机制。经过筛选对比各类细胞的趋电性研究优势，盘基网柄菌细胞越来越多的用于细胞的趋电性研究[8]。但其在实验室条件下的趋电性指数以及运动特征还需进一步确认。本实验通过施加外源性电场，观察不同强度的电信号刺激下盘基网柄菌细胞的运动特征和趋电性指数，确定其趋电性，选取最佳电场强度，为后续试验打好基础。现报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验材料 野生型（wild type，WT）盘基网柄菌AX2菌株。

1.2 试验方法 选取生长于对数期细胞饥饿处理[9]5小时后，取适量细胞接种于自制的趋电小室内（图1）[10]，待细胞完全贴壁，小室两侧接上电极。在显微镜下采集不同电压梯度下的细胞运动轨迹图像。利用ImageJ 1.04软件中的MTrackJ[11]细胞轨迹追踪插件分析盘基网柄菌细胞各运动轨迹参数。由此计算细胞轨迹速度（trajectory speed）、位移速度（displacement speed）、细胞运动持续性（persistency）、趋电性指数（directedness）以及细胞的分散范围。

图1 细胞趋电小室结构示意图

1.3 统计学处理 应用SPSS 16.0软件，所获数据采用方差分析、t检验。

2 结果

施加不同强度的外源性直流电场后细胞的分散区域，P＜0.05，无显著性差异；实验组与对照组细胞迁移趋向性有显著不同，对照组细胞运动方向是随机的，外源性电场强度越大，实验组细胞朝向电场负极迁移趋势越明显，当电场强度大于8 v/cm时细胞的运动方向几乎全部朝向电场的负极（图2）；选取10 v/cm场强反转电极，细胞的迁移方向由小室左侧转向右侧，依然朝向电场的负极。

图2 不同电场强度刺激下细胞迁移轨迹图

细胞轨迹速度各实验组与对照相比较，P＞0.05,无显著性差异；细胞位移速度在电场强度大于2 v/cm时开始逐渐增加，2 v/cm电场刺激细胞位移速度与对照组无显著性差异，其余各实验组与对照组均有显著性或极显著性差异；细胞运动方向持续性随电场强度的加大而增加，实验组2 v/cm、4 v/cm两组比较，P＜0.05，有显著性差异，其余各实验组与对照组均有极显著性差异，P＜0.01；随电压的增加细胞的趋电指数加大，施加2v/cm的电压，细胞的趋电指数为-0.19 s，P＜0.05，与对照组有显著性差异，其余实验组与对照组均有非常显著性差异，P＜0.01；场强10v/ cm，反转电场方向两实验组间相比较细胞各迁移特征参数均无差异。见表1。

表1 对照组与各实验组细胞迁移特征比较

表1 对照组与各实验组细胞迁移特征比较

*P＜0.05，**P＜0.01。

电场强度（v/cm） 轨迹速度（μ m/min） 位移速度（μ m/min） 运动方向持续性 趋电性0 6.69±0.11 3.02±0.09 0.45±0.01 -0.08±0.01 2 6.31±0.11 3.65±0.10 0.58±0.01* -0.19±0.01*7.01±0.10 4.22±0.08* 0.60±0.01* -0.49±0.01**6 6.85±0.12 4.51±0.10** 0.66±0.01** -0.58±0.01**8 6.74±0.12 4.29±0.09** 0.64±0.01** -0.74±0.01**10 7.11±0.10 4.61±0.09** 0.65±0.01** -0.82±0.01**12 6.78±0.11 4.52±0.09** 0.67±0.01** -0.89±0.01**10(电场方向反转) 7.21±0.10 4.55±0.10** 0.63±0.01** 0.85±0.01**4

3 讨论

盘基网柄菌细胞是生活在土壤中的真核原生生物，隶属真菌界黏菌亚界聚粘霉菌纲，具有趋电性迁移的特性。试验发现盘基网柄菌所需的培养条件简单，成活率高，培养周期短，电场强度为2 v/cm，细胞即表现出趋电迁移的特性，其感受电信号灵敏度较酵母细胞、人类和哺乳动物细胞高，是理想的研究细胞趋电性迁移的材料。在试验中发现当电场强度大于12 v/cm，细胞有漂移和死亡现象，12 v/cm场强是细胞耐受电压强度上限，电压强度超过8 v/cm时，细胞完全朝向电场负极迁移。综合分析细胞迁移参数，确定盘基网柄菌细胞趋电迁移最佳场强范围8~12 v/cm。

电信号对细胞各项运动参数具有不同的影响。细胞的轨迹速度反映其实际运动速度，电信号对其没有影响，运动方向持续性、细胞位移速度、趋电性随着电场强度加强而增加。说明盘基网柄菌细胞的运动速度不受电信号的影响，推测电信号只调控细胞的迁移方向，运动速度是其生理状态的体现，电信号对细胞正常生理状态良好。

盘基网柄菌细胞生活史包括单细胞和多细胞时期两个时期，除用于研究细胞趋电性迁移机制，其多细胞生活史可用于研究细胞的趋化性。趋化性迁移和趋电性迁移同属于细胞定向迁移，以信号通路为切入点研究细胞迁移发现，细胞趋电性和趋化性存在两条相同的信号传导通路[12]，通常认为趋电性迁移等同于趋化性迁移。阻断与趋化性相同的信号通路，发现细胞依然存在趋电性特性，说明二者迁移机制存在差异[13]。但有人没有对比分析细胞趋化性迁移和趋电性迁移速度差异。盘基网柄菌趋化性运动速度随着化学诱导物浓度的增加而增加[14]，我们的实验结果显示电信号对细胞运动速度没有影响，不改变其生理状态，二者同样存在差异。当前趋化性研究焦点已从信号通路系统转移到细胞运动器官伪足[15]，趋电性迁移机制研究在此方面还是空白，然而伪足延伸的方向决定了其运动方向，受其生理状态的影响，电信号刺激下细胞伪足参数是接下来研究分析的重点。

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The Effect of Different Electrical Signals on Cell Migration

Guo Xiaohui,Shi Limin

(Yunnan Normal University,Yunnan Kunming 650000)

ObjectiveWe quantifiably studied the characters of migration of Dictyostelium discoideum treating by adscititious electric fields to discuss the influences of different experimental condition on migration and then determine the best electric field strength.MethodsD discoideum starved for 5 hours were applied to 0,2,4,6,8,10,12 v/cm electric field,respectively.Then,the characteristics of cell migration were analyzed.ResultsThe results showed that the cells migration toward the cathode of the electric field and the directedness increased with the voltage.The largest directedness is-0.89s when cells were treated with 12 v/cm electric field.However the cells migration speed was not influenced signifi⁃cantly by electric field strength.ConclusionD discoideum have good electrotaxis,the electrical field intensity range is 8 to12 v/cm.

Dictyostelium discoideum；exdogenous electric fields；cell migration

TM331.14

A

1008-4118（2016）03-0001-04

10.3969/j.issn.1008-4118.2016.03.001

2016-06-21

郭晓慧（1987.03-），汉，山东郓城人。现工作单位：菏泽医学专科学校，研究方向：细胞迁移及创伤修复。

施利民。Email:shilm281@gmail.com。