肿瘤组织的异质性是当前研究的热点之一。肿瘤内细胞与细胞间的异质性，为癌症的诊断，治疗以及相关药物的开发带来了极大的困难。人体的多细胞系统，包括器官、肿瘤、和胚胎均由异质且相关的单细胞组成，但均发源于同质且均一的细胞类群。了解异质且有序的生物系统如何从同质且单一的细胞中发展而来是生命科学的根本问题之一。现今的研究认为生物异质性的主要来源有：基因组的不稳定性，程序化细胞分化，基因突变的累积，或者是时空间有序的生长因子信号刺激。尽管各种生化因素和遗传因素的单细胞异质性来源被逐步揭示，由微环境中物理力学因素导致的细胞异质性起源机制，并不明确。

本研究采用单细胞测序技术、单分子荧光原位杂交技术直接追踪肿瘤单细胞基因表达的变化，通过渗透压挤压模拟肺癌患者肺部力学微环境的改变。本研究清楚发现，单一种类的力学信号，可以在同一种均质的非小细胞肺癌细胞中诱导出两种截然不同的细胞表型，并导致单细胞异质性的产生。研究发现，力学诱导的新型细胞亚型具有皮质间充质转化相关的特征基因，和肿瘤干细胞相关的特征基因。对皮质间充质转化的基因调控网络进行数学建模发现，初始的同质非小细胞肺癌细胞处于该调控网络中的中间态，即皮质／间充质杂合态。力学诱导所产生的细胞分别位于中间态两侧的“皮质”和“间充质”两种稳态。力学挤压增强了单细胞间基因表达的噪音（变异系数），这就导致细胞的转录谱偏离细胞原来所处的中间稳态，使细胞随机向调控网络中另外两个稳态进行转变，最终形成了细胞命运的双向转化这一现象。本研究的理论计算、分子实验结果、单细胞测序结果均支持这一可能机制。

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