癌症已成为仅次于心脑血管疾病的第二大人类死亡原因,其主要的治疗方法之一是化疗。但是,由于现有的化疗药物用药后易产生耐药性以及对某些肿瘤细胞的抑制作用差,导致抗癌治疗效果不显著,迫切需要开发新型化疗药物。文献已报道癌细胞的肌动蛋白微丝骨架很不稳定,然而,目前还没有一种针对肌动蛋白微丝骨架的特效药被应用于临床。临床常用的化疗药以微管靶向作用为主,不能有效地干扰癌细胞的微丝骨架聚合而发挥抗癌作用。细胞松弛素作为一类微丝骨架解聚试剂,可用于干扰癌细胞微丝的聚合,研究其对癌细胞的抑制作用,并了解其对肿瘤细胞杀伤机制。一直以来,关于细胞凋亡的研究主要集中在细胞生化、分子生物学、凋亡分子间相互调控以及晚期凋亡细胞的生物力学方面。而对凋亡早期细胞的力学特性改变的研究开展的非常少,特别是微丝骨架的解聚和细胞内分子拥挤度的加剧与线粒体损伤、细胞表面超微结构改变之间的关联性仍然是一个没有被认识和研究的科学问题。这些问题的解决对于认识微丝靶向试剂诱导的细胞凋亡机制和开发抗癌新药具有重要的研究价值。针对上述存在的问题,本研究基于细胞松弛素B（cytochalasin B,CytB）的微丝骨架解聚作用,建立细胞凋亡和细胞内分子拥挤实验模型。采用细胞力学和纳米形态学的方法以及免疫荧光、免疫印迹等分子生物技术,研究凋亡早期细胞力学特性的改变、力学凋亡机制以及细胞力学与生物学凋亡之间的关联性。将细胞力学凋亡机制纳入到以微丝靶向抗癌药物的研发及其毒副作用的研究中,获得如下创新性研究成果:1.通过比较CytB对微丝骨架稳定性不同的宫颈癌Hela细胞和BMSCs的抑制作用,发现在相同的药物浓度下,Hela细胞的生长抑制率和凋亡率均高于BMSCs。且3倍于Hela细胞药物浓度干预BMSCs,其凋亡率仍低于Hela细胞。此外,用药后两种细胞的微丝骨架不同程度地解聚、杨氏模量和体积减小。这些结果表明CytB对Hela细胞有明显的杀伤作用,但对BMSCs存在一定的毒副作用。这种副作用通过破坏细胞的力学结构、改变力学特性,导致细胞损伤,甚至凋亡。2.基于CytB对Hela细胞的杀伤作用,采用AFM、SEM和CLMS对凋亡早期的细胞的力学特性、表面超微结构、细胞内分子拥挤度进行定量研究和定性分析。发现微丝解聚导致细胞的体积减小、表面粗糙度增加以及细胞内分子拥挤度加剧。结合前人用CytB诱导Hela细胞发生线粒体途径凋亡的研究和类细胞内分子拥挤的计算机模型研究的结果,本工作首次引用“分子拥挤模型”来分析和解释由于CytB引起的微丝骨架解聚造成的细胞内分子拥挤与线粒体损伤和细胞表面粗糙度增加之间的相互关系。可知分子拥挤引发细胞内大分子,如微丝碎片、线粒体等向细胞膜侧重新定位和分布,甚至被挤出细胞膜,导致细胞线粒体转运障碍、损伤和表面粗糙度增加,导致细胞凋亡。3.通过用单细胞力学、Western blot、免疫荧光等实验方法,对处于凋亡早期细胞的力学性质、纳米形态学和凋亡相关分子进行定量研究和定性分析。发现细胞杨氏模量和体积的减小、表面粗糙度的增加均发生在PS膜外翻、Fas/CD95活化之前。这些结果表明在生物学上尚未发生凋亡的细胞,其杨氏模量早已改变,细胞活力已经下降。提示细胞杨氏模量的减小可被看作是细胞松弛素诱导的细胞损伤和凋亡的一个力学指标,用于微丝靶向抗癌药物抑癌效果的评价。