组织折叠与形态变化

细胞片如何通过细胞形态、黏附和机械力的变化进行弯曲、折叠和重塑，以构建管状和三维结构。

Definition

组织折叠和形态变化是形态发生过程，通过该过程，细胞片和细胞团通过单个细胞形态、黏附和组织间传递的力的协调变化，改变其几何形状——弯曲、伸长和重排。

Scope

本主题涵盖组织层面形态发生的细胞力学：顶端收缩和其他使上皮弯曲的细胞形态变化、使组织伸长的会聚延伸、使细胞分类的差异黏附，以及机械力在器官塑形中的作用。它以神经管闭合和上皮内陷为例。

Core questions

• 单个细胞形态的变化如何使整个细胞片弯曲？
• 细胞如何重新排列以使组织更长更窄？
• 差异黏附如何对细胞群进行分类和塑形？
• 机械力在赋予组织形态方面发挥什么作用？

Key theories

差异黏附假说

具有不同数量或类型黏附分子的细胞表现得像不混溶的流体，通过分类和聚集成球状以最小化表面能，这有助于解释混合细胞群如何组织成层状、有形的组织。

形态发生的机械控制

细胞内部和细胞之间产生的力——张力、压缩和黏附——主动驱动折叠、伸长和分支，使组织力学成为形态的直接贡献者，而非化学信号的被动结果。

Mechanisms

当细胞在一侧收缩时（通常是由肌动蛋白-肌球蛋白网络收缩驱动的顶端收缩），上皮细胞片会发生弯曲，导致细胞片弯曲并形成沟槽或管状结构，例如神经管闭合。组织通过会聚延伸而伸长，其中细胞相互嵌入，使组织在一个轴向上变窄，在另一个轴向上变长。由钙黏蛋白和其他黏附分子介导的差异黏附，通过最小化界面能，使细胞分类形成层状和圆形团块。在所有这些过程中，机械力通过细胞连接和细胞外基质传递，因此最终形态反映了细胞行为和组织力学的相互作用。

Clinical relevance

折叠缺陷，如神经管闭合不全，会导致严重的出生缺陷；组织塑形的机械原理为组织工程和类器官培养提供了信息。本条目旨在教育，并非临床建议来源。

History

源于细胞分类实验的差异黏附假说，早期对组织组织提供了物理学解释；后来的工作将分子黏附与定量组织力学相结合，以解释折叠和形态变化。

Key figures

• Malcolm Steinberg
• Donald Ingber

Seminal works

• gilbert2016
• mammoto2010

Frequently asked questions

扁平的细胞片如何变成管状结构？

细胞片沿一侧收缩，使细胞片弯曲成一个凹槽，该凹槽加深并闭合形成管状结构——例如神经管的形成方式。

物理力真的能塑造胚胎吗？

是的。细胞产生的张力和压缩等力主动驱动折叠和伸长，与化学信号协同作用，构建组织形态。