摘要：在生命科学的微观世界里，细胞一直是科学家们研究的核心对象。长久以来，我们对细胞的认识停留在一个相对固定的框架中，认为细胞内的一些微小结构只是静态的“建筑材料”，默默支撑着细胞的形态和功能。然而，美国西北大学的科学家们却带来了令人震撼的新发现，彻底颠覆了这一传统
在生命科学的微观世界里，细胞一直是科学家们研究的核心对象。长久以来，我们对细胞的认识停留在一个相对固定的框架中，认为细胞内的一些微小结构只是静态的“建筑材料”，默默支撑着细胞的形态和功能。然而，美国西北大学的科学家们却带来了令人震撼的新发现，彻底颠覆了这一传统认知，为我们打开了一扇通往细胞神秘世界的全新大门。
打破常规认知，细胞微观结构竟是动态引擎
细胞，这个构成生命的基本单元，内部结构极其复杂。在我们以往的观念中，细胞内的许多微小结构就像建筑物里的固定支架，承担着维持细胞形态和防止机械损伤的作用，是相对静止的存在。但美国西北大学的研究团队却发现，这些被认为是细胞最小组成部分的结构，实际上是充满活力的动态引擎，积极参与着细胞生命活动的方方面面。
这项研究由细胞、分子和解剖科学教授弗拉基米尔·格尔凡德（Vladimir Gelfand）博士和皮肤病学、细胞与发育生物学教授谢尔盖·特洛亚诺夫斯基（Sergey Troyanovsky）博士领导，同时，细胞与发育生物学副教授布莱恩·米切尔（Brian Mitchell）博士也进行了相关的独立研究。他们从不同角度深入探索细胞内部的奥秘，取得了一系列令人瞩目的成果，这些成果不仅加深了我们对细胞基本过程的理解，更为未来新的疗法和诊断方法奠定了坚实基础。
细胞骨架纤维的奇妙“旅程”
在《细胞生物学杂志》上发表的一项研究中，格尔凡德的团队运用先进的成像技术，对活细胞内的波形蛋白中间纤维展开了细致观察。波形蛋白中间纤维作为细胞骨架的关键组成部分，长期以来被认为是细胞骨架中最不具动态的成分。人们普遍觉得它们只是被动地帮助细胞保持形状，就像建筑物里的固定钢梁，稳定却缺乏变化。
但格尔凡德和他的团队却不这么认为，他们很早就怀疑这些纤维的动态性被低估了。经过深入研究，他们发现波形蛋白纤维具有高度的移动性，能够沿着微管——细胞的内部高速公路——独自移动。这一发现犹如一颗重磅炸弹，重新定义了中间纤维的作用。原来，它们并非是被动的“旁观者”，而是积极投身于细胞内运输和结构适应的“参与者”，就像忙碌的快递员，在细胞这个庞大的“城市”里穿梭，运送着各种重要物资，同时还能根据细胞的需求灵活调整自身结构。
该研究的第一作者、来自普林斯顿大学和熨斗研究所计算生物学中心的访问科学家萨延坦·杜塔（Sayantan Dutta）博士进一步解释道：细胞内有多个微管，它们受到分子马达的作用，并在流体动力学上相互作用。由于这种相互作用，微管会以协调的方式弯曲，从而产生大规模的流动。这一主要发现得到了广泛的计算机模拟和补充成像的有力支持，从理论和实际观测两个层面证实了细胞内微观结构动态变化的真实性和复杂性。
不仅如此，格尔凡德及其同事在《自然·物理学》上发表的另一项研究中还发现，细胞内的细胞质远非我们想象中的那样是一种惰性物质。相反，它就像一个充满活力的微观世界，被微观的“龙卷风”搅动着。这些类似涡流般的运动有助于分配细胞器和其他细胞内货物，就像一个高效的物流系统，确保细胞内的各个“部门”都能及时获得所需物资。在卵母细胞（未成熟的卵细胞）中观察到的这些漩涡运动，是由细胞骨架驱动的，这表明细胞质的组织是一个高度协调的过程，对于细胞的正常发育和功能起着至关重要的作用。如果把细胞比作一个工厂，那么细胞质中的这些动态过程就是工厂里高效运转的生产线，保证了整个细胞“工厂”的正常运作。
细胞间连接的神秘“拼图”
特洛亚诺夫斯基教授的研究聚焦于黏附连接，这是一种连接细胞的蛋白质复合体，就像细胞间的“胶水”，将一个个细胞紧密地连接在一起。在《自然·通讯》上发表的一项研究中，他的团队深入探究了这种“胶水”是如何发挥作用以实现细胞间相互作用的。
特洛亚诺夫斯基指出，一个基本问题始终困扰着科学界：“谁先？是两个细胞先接触然后细胞内的机制做出反应，还是反过来？”为了解开这个谜团，他的团队进行了深入研究，最终揭示了这些连接是通过一个逐步过程形成的。最初，细胞间会形成微小的“预连接”，就像拼图的最初几块碎片，它们逐渐聚集、组合，最终成熟为完整的黏附结构。这一发现为我们理解细胞黏附提供了全新的视角，可能对深入研究组织发育以及癌症和湿疹等疾病产生深远影响。因为在癌症的发展过程中，细胞间连接的异常变化往往起着关键作用，了解了正常的细胞黏附机制，我们就有可能找到干预癌症发展的新靶点；而对于湿疹等皮肤疾病，细胞间连接的异常也与皮肤屏障功能受损密切相关，这项研究或许能为相关治疗提供新的思路。
细胞应对拥挤的独特“策略”
布莱恩·米切尔博士的实验室则为我们揭示了细胞应对过度拥挤的独特机制。当组织变得拥挤时，这是细胞在组织环境中经常面临的压力源，就像在拥挤的人群中，人们需要寻找合适的方式来获得足够的空间。上皮细胞没有选择通过可能造成自身损伤的细胞挤压过程来解决问题，而是启动了巨胞饮作用——一个细胞吞噬胞外物质的过程。这一动作会缩小细胞的顶端表面，从而缓解压力并保持组织完整性，就像一个人在拥挤的房间里，通过收拾周围的杂物来腾出更多空间。
米切尔表示：“当组织变得拥挤时，这些事件会周期性地发生，以阻止细胞经历细胞挤压过程。这两种过程都可以解决问题，但细胞挤压的代价更高且不可逆转。”这项发表在《自然·通讯》上的研究是在蛙胚胎中进行的，它为我们揭示了细胞在不牺牲自身生存能力的情况下适应机械压力的一种巧妙方式。这一发现不仅有助于我们理解细胞在复杂环境中的生存策略，也为研究组织发育和疾病发生机制提供了新的线索，比如在肿瘤的生长过程中，肿瘤细胞如何应对周围组织的压力，是否也会采用类似的机制，这些问题都值得进一步深入研究。
开启细胞生物学的全新篇章
这些研究成果共同标志着细胞生物学领域的一次重大范式转变。曾经被视为被动支架的细胞内部最微小结构，如今被证明是积极参与维护细胞健康、通信和适应性的关键主体。它们不再是沉默的配角，而是细胞生命舞台上的主角，各自扮演着独特而重要的角色。
随着费恩伯格学院的科学家们继续深入探索这些微观机制，他们的工作有望为新的治疗策略提供丰富的信息。比如，在癌症治疗方面，我们可以根据对细胞内结构和功能的新认识，开发出更加精准的靶向药物，直接作用于癌细胞内异常的动态过程，从而更有效地抑制癌细胞的生长和扩散；在神经退行性疾病的研究中，了解细胞内的动态变化与神经细胞损伤
来源：科学小黄花