2025年11月08日，南京中医药大学医学院郭军教授团队在国际生物物理协会期刊Biophysical Reviews上在线发表了题目为“Protein nanoparticles control bio-osmotic pressure via electromechanical collaboration”的评述论文，阐明“人体非等渗”的生物渗透压新理论。

人体内环境，在传统生物学教科书中被描述为一片相对稳定的“海洋”——细胞内外渗透压保持平衡，离子与水分子静默地维持着生命的运转。这一观念基于荷兰化学家范德霍夫于19世纪提出的渗透压理论。该理论认为，渗透压大小仅取决于溶质颗粒的数量，与离子种类、颗粒大小无关。在这一理论框架下，“等渗”成为衡量生命系统是否正常的标尺。然而这一传统理论无法解释一系列观察到生命现象，例如，为什么尿素等渗溶液会导致红细胞破裂？为什么单纯补充白蛋白不能有效改善水肿？为什么细胞在看似等渗的环境中仍然会发生明显的膨胀或萎缩？这些问题冲击着传统渗透压理论的根基。直到一种新型实验工具的出现——中间纤维荧光张力探针，才得以窥见细胞渗透活动的真实面貌。与传统的冰点、胶体渗透压仪只能测量溶液中离子和胶体总量不同，荧光张力探针能够实时监测活细胞内渗透压引起的力学变化。

采用这种新型探针，南京中医药大学郭军教授团队研究发现：细胞内外并不存在传统意义上的“等渗”状态，而是不同离子渗透势能相互“对抗”的动态平衡。即使细胞内外离子总量相等，不同离子通道的差异性激活也能调控钠、钾等离子选择性通透，进而触发细胞依赖胞质游离蛋白的高渗膨胀和低渗萎缩。这一发现彻底颠覆了“离子总量决定渗透压”的传统认知。研究团队进一步提出：细胞渗透压是一种依赖电压依赖离子通道选择性及通透可调性的特有生命活动。它与蛋白纳米颗粒和离子浓度调控的膜电位变化密切相关，是细胞自身形成的“力电”协同活动。这一新理论的核心在于认识到：生物渗透压的本质不是静态的化学势能平衡，而是动态的力学与电学协同过程。

被遗忘的渗透调控关键角色-游离蛋白  在新理论框架中，一类长期被忽视的物质——游离蛋白纳米颗粒跃升为关键调控者。这些存在于血浆、细胞间隙和细胞内的蛋白质，如白蛋白、免疫球蛋白、β-淀粉样蛋白、α-突触核蛋白、细胞骨架蛋白等，具有两个不可改变的物理特性：分子量和等电点。传统观点认为，蛋白颗粒的作用仅取决于其吸附离子的数量，对离子渗透压有放大效应（唐南效应）。然而，新研究发现，这些蛋白颗粒能够通过吸附离子参与细胞膜电位调节。尤其是它们能够调控电压依赖离子通道的通透性及渗透张力，成为连接化学信号与力学响应的桥梁。更有趣的是，蛋白颗粒与钙离子之间存在拮抗性调节关系。蛋白颗粒倾向于吸附阳离子诱导膜电位超极化，而钙信号则促进膜电位去极化。两者共同构成了细胞膜电位的双向调节系统，进而影响离子通道状态和渗透压变化。

力电协同：重新诠释生命现象  基于“力电协同”的新理论，许多传统难以说明的生命现象得到了合理解释。等渗尿素为何导致溶血？新理论认为尿素渗入细胞后能促进蛋白溶解游离，增加蛋白纳米颗粒数量，导致细胞膜电位改变并激活不同通道。各种离子的差异内流和外排驱动了细胞内渗透压改变，最终导致红细胞膨胀破裂，包括胶质细胞萎缩损伤。这一过程完全不同于传统理论预测的“等渗无影响”。血浆组成改变如何影响疾病？研究发现，即使血浆总渗透压相同，不同成分组合也会产生完全不同的生物学效应。例如，单纯补充白蛋白会诱导血浆“低渗”，不能有效改善水肿；而协同补充钙离子使血浆等渗，却能显著改善水肿治疗效果。这一发现对临床输液治疗具有重要指导意义。细胞体积调节现象背后的机制也被重新诠释。低渗或高渗作为物理刺激，能诱导膜电位超极化或去极化的改变。这种变化导致多种调控细胞膨胀或萎缩的离子通道先后激活，呈现细胞膨胀/萎缩的连续发生，即所谓的RVD（调节性体积减小）或RVI（调节性体积增加）现象。

膜电位差异性：驱动细胞迁移的新机制  研究中最惊人的发现之一是渗透压与细胞运动的关系。实验显示，电场能诱导乳腺癌细胞向正极定向迁移。在这一过程中，细胞前缘区出现膜电位去极化，氯离子通道激活导致高渗性膨胀；而细胞后缘区则呈现膜电位超极化，钾通道通透导致低渗性萎缩。这种前后差异形成了细胞运动的驱动力，提示膜电位差异性改变通过调节细胞不同区域渗透压的不均衡性而驱动细胞迁移。这一发现为癌症转移机制研究提供了全新视角。传统上，癌细胞转移被认为主要受化学趋化因子调控。而新研究表明，膜电位和渗透压梯度可能在引导癌细胞定向迁移中扮演关键角色。肿瘤微环境中可能存在自发的电化学梯度，这些梯度通过影响细胞局部电位和渗透压而调控细胞运动方向。

从细胞到全身：多层次的渗透调控系统  新的生物渗透理论不仅适用于单个细胞，也能够解释更复杂的生理现象。在组织层面，即使血浆等渗，其跨膜渗透压也与血浆中生理剂量的白蛋白和钾离子浓度呈正相关，与钙、镁和钠离子的含量呈负相关。这表明血浆可通过不同的成分组合形成多种“等渗”平衡点，而非传统认为的单一数量平衡状态。在全身水平，新理论为理解多种疾病提供了新视角。例如，β-淀粉样蛋白、α-突触核蛋白等异常聚集形成的蛋白颗粒，可能与阿尔茨海默症、帕金森病、渐冻症的发生密切相关。这些蛋白颗粒可能通过干扰正常的渗透压调控机制，导致神经元结构改变和功能障碍。

从理论突破到临床希望  生物渗透压新理论不仅是对基础科学的重大贡献，也为临床医学带来革命性影响。在水通道研究领域，新理论指导研究者们重新思考水通道的调控机制。传统认为水通道激活取决于离子总量，而新理论指出水通道受胞内外离子差异通透调节。这一认识有助于发现激活水通道的新型配体，为治疗多种疾病筛选新的药效靶点。在肾脏生理学中，新理论对肾小管浓缩尿液机制提出全新解释，强调蛋白颗粒与离子协同作用在尿液浓缩中的重要性。在重症医学中，新理论指导下的液体管理可能实现从“经验性输液”向“动态渗透治疗”的转变。通过实时监测患者不同组织的间隙压力和渗透状态，医生可以制定个体化的输液方案，避免传统输液治疗中常见的并发症。

开启生命科学研究新篇章  生物渗透压理论的提出标志着生命科学研究范式的转变。它突破了传统物理化学理论在生命系统中的局限性，将力学、电学与化学过程统一于同一框架下。这一认识不仅拓展了对蛋白物理功能的理解，也为解决当前医学研究的盲点提供了可能。阿尔茨海默症、帕金森病、渐冻症、急性呼吸窘迫综合征等重大疾病，均涉及蛋白异常聚集或分布紊乱。从“力电协同”角度审视这些疾病，可能发现全新的病理机制和治疗靶点。科学的发展总是在不断质疑与修正中前进，生物渗透压新理论揭示了生命系统中渗透现象的动态本质和复杂调控，为我们理解生命的运作方式提供了更加丰富的视角。同时揭示不同疾病状态下这一网络的改变，最终实现基于生物渗透调控的科学医疗。

从范德霍夫的静态化学势能理论，到今天动态的“力电协同”模型，人类对生命渗透现象的理解走过了一个多世纪的历程。每一次认知的飞跃，都源于对实验现象的深入观察和对传统理论的勇敢质疑。生物渗透压新理论不仅解答了长期困扰科学界的难题，更重要的是，它打开了一扇通往未知世界的大门。在这扇门后，是更加丰富多彩的生命调控网络，是疾病治疗的全新可能，也是对“生命是什么”这一永恒问题的更深刻理解。

         https://link.springer.com/article/10.1007/s12551-025-01380-0