无序细胞骨架结构诱导的红细胞硬化：理论与实验联合研究

细胞的功能和弹性在很大程度上与脂双层下的细胞骨架结构有关。在各种细胞类型中，红细胞（Red Blood Cell, RBC）具有相对简单的细胞骨架结构。在膜下方，RBC 细胞骨架呈二维三角网络形式，由肌动蛋白（及其他蛋白质）的节点和血影蛋白的边组成。近期针对疟疾感染 RBC（iRBC）的实验表明，细胞骨架网络中血影蛋白的伸长与 iRBC 的硬化之间存在关联。在此，我们通过结合单根血影蛋白的蠕虫状链（worm-like chain, WLC）模型和网络弹性的有效介质理论（Effective Medium Theory, EMT），对这种关联进行合理化解释。我们特别关注细胞骨架网络中的无序性如何影响其宏观弹性。我们模型的分析和数值解表明，膜的刚度随血影蛋白端到端距离的增加而增大，但与端到端距离分布的方差呈非单调依赖关系。这些预测通过我们对 iRBC 的原子力显微镜（AFM）和微管吸移测量得到了定量验证。该模型可从分子水平为未来识别红细胞相关疾病（如疟疾感染）的新治疗方法提供指导。