肿瘤细胞迁移是癌症转移的起始步骤,此过程受多种应力的影响。目前研究普遍认为在应力作用下,细胞膜感受应力信号并将其转导为胞内化学信号,以调控细胞功能。但是化学信号的胞内传递方式主要为均匀扩散,很难解释定向应力作用下细胞的极性变化。这种极性的产生原因可能是细胞内存在应力机械传递的通路,细胞膜与骨架间应力传递是该应力传递路径的起始环节。但由于缺少相关研究工具,目前尚不清楚细胞膜与骨架间的应力状态和应力传递相关的调控机制。本文基于荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer,FRET）技术,构建细胞膜与细胞骨架间应力检测探针LESYB。此探针的主体结构是由具有弹性的蛛丝蛋白（GPGGA）×8连接的ECFP/Ypet荧光蛋白对,其一端通过Lyn蛋白靶向连接到细胞膜,另一端通过β-actin单体直接嵌入细胞骨架中。通过改变细胞培养液渗透压等实验验证其稳定性、线性和可逆性等功能特性;使用药物分别干扰已转染探针的肿瘤细胞U-2 OS的骨架结构、细胞膜流动性和脂筏结构,或者改变培养细胞的基质硬度,通过激光共聚焦显微镜获得上下表面细胞膜的FRET荧光图像,分析静息状态下细胞上下表面细胞膜与细胞骨架间固有应力状态;进一步使用平行平板流动腔向细胞施加定向剪切应力,同时用药物影响静息状态下细胞膜与细胞骨架间固有应力状态,荧光显微镜下得到细胞荧光图像,使用Matlab软件分析外界应力作用下细胞内不同区域的应力变化。实验结果显示,探针LESYB可准确定位于细胞膜与骨架间,具有良好的功能特性;静息状态下细胞下表面与骨架间固有应力显著大于上表面;降低细胞膜流动性或者改变基质硬度,细胞膜上下表面的应力差异仍存在,而破坏脂筏或干扰细胞骨架可消除这种差异。定向剪切应力作用下,细胞膜与骨架间应力增加,并产生了上下游极性差异,而破坏细胞固有应力差异导致了应力的增强和极性的消失。本课题成功构建了细胞膜与骨架间应力传递可视化探针LESYB。实验结果表明,静息状态下肿瘤细胞的细胞膜与骨架间应力在不同区域间存在固有差异,细胞膜流动性、脂筏和细胞骨架完整性是维持该差异的重要因素。定向剪切应力使细胞膜与骨架间应力传递产生极性分布,且该极性受细胞固有应力差异的调控;本研究为细胞生物力学研究提供了一种检测细胞内局部应力变化的工具,证明了肿瘤细胞的极性变化首先发生于细胞膜-细胞骨架间应力传递过程,提示此极性可能是应力诱导细胞产生定向迁移的前提,而不同区域固有应力的差异可能通过调控应力传递的极性介导肿瘤细胞的迁移。