“聽口令,齊步走,細胞可以幹活去”

當你在一個慵懶的周末下午躺在沙發上時,你身體的每個細胞都在工作。有些人在吃垃圾,有些人在移動東西——細胞幫助修複一周的疲勞。這些修複工作看起來很悠閑,細胞可以伸展,行走,蛙泳,劃船。

其實這就是細胞的遷移運動,這些運動的方式是如此的迷人。它們對於許多生物功能是必需的,並且在諸如傷口愈合、腫瘤轉移和免疫反應的生理現象中也是必需的。比如你不小心在手上割了個洞,一些皮膚細胞會遷移到傷口處增殖再生,附近的免疫細胞會過來幫助傷口愈合。

導致癌症的癌症也很難治療,因為它們沿著血管和淋巴結擴散到其他器官和組織,造成全身多個腫瘤。像警衛一樣巡邏身體的免疫細胞可以精確定位並清除腫瘤,這就是為什么免疫療法得到了更多的關注。

什么是細胞運動?就像伸個懶腰,散散步。

數億年來,細胞進行進化發展出了形形色色的運動管理方式。草履蟲擺動周身的纖毛在水中能夠自由沉浮,衣藻晃動兩根長長的鞭毛在清澈的湖水中搖擺,精子像小蝌蚪一樣在體液中遊行。雖然中國哺乳導致動物的體細胞既沒有動纖毛,也沒有長鞭毛,但是由於它們之間可以隨液體漂流,也可以同時通過不斷改變這些細胞結構形狀來完成學習遷移學生運動。

沒有鞭毛的輔助運動,細胞移動緩慢而悠閑。一旦他們感覺到特定的刺激(可以是集中度的梯度或者遷移信號) ,他們就會慢慢地向前伸展他們的突觸或者假腳,就像伸展一樣。突出的假足粘附在細胞前部,慢慢地將整個細胞體向前拉。

樹突狀細胞的遷移為例。樹突狀細胞是一種功能強大的多功能抗原提呈細胞,具有許多偽足。這些細胞的遷移能力在維持免疫監測和組織穩態中起著重要作用。

正常情況下,樹突狀細胞祖細胞積累在皮膚,粘膜表面和身體的大多數器官,產生未成熟類型的樹突狀細胞。這些細胞表現出動態的星狀擴張,有效地形成密集的細胞網絡,充當免疫系統的前哨站。一旦病原體(異物、細菌、癌細胞異常增殖等)入侵,這些細胞附近的趨化因子就會集體上升,形成濃度梯度,召喚更多遠處成熟的樹突狀細胞遷移到附近的淋巴系統,並將病原體信息傳遞給免疫的 T 細胞。另一方面,T 細胞更快地到達病灶,沿著血管壁滾動,最終清除病原體。

如果說精子的遊動是短跑,那么其他大部分細胞的運動就是蝸牛爬行,或者說是播放視頻時按下了慢速鍵。然而,正是這種緩慢的細胞遷移,幫助完成了一個又一個奇跡。例如,在胚胎發育過程中,神經元前體細胞向前移動、轉換方向或改變其遷移方式以到達最終位置,往往需要數小時或數天才能完成。神經元的遷移給了我們一個可以思考一切的大腦,也讓我們可以享受美好的時光。

是什么社會力量在指引細胞進行運動?

細胞運動不是漫無目的的行走,每個運動都有一個特定的任務。

就像動物會被特殊的氣味吸引或者遠離惡心的氣味一樣,細胞也會被特殊的物質吸引或者排斥。細胞外的化學信號(如體力衰竭後堆積的各種垃圾)可以觸發細胞的定向運動,此時的細胞就像被賦予了定向越野的任務。當化學信號物質與細胞膜表面的受體結合時,會改變細胞內肌動蛋白的活性,從而改變細胞骨架的形態。細胞骨架就像動物的手和腳一樣,控制著細胞的運動方式。

細胞移動改變了一個人走路的形狀,一只腳向前踏地,然後上半身的重量向前移動,最後後腳被抬起並向前腳靠近,依此類推。

在前進的過程中,細胞會不斷調整自己的方向。它們並不是一直直線運動,而是在短暫的直線運動後停下來,稍微調整一下姿態,繼續前進,直到到達目的地,清除病原體或者傳遞新的信號。

不過,細胞進行遷移的路程我們並不影響總是沒有那么可以順利,諸多信號通過分子一路為細胞留下暗號,沿途不遷移的細胞也為遷移細胞發展提供一個前進方向信息,有的掛出“邀請”的牌子,有的放上“此路不通”的路障。

在遷移過程中,細胞需要不斷地伸展它們的假腳或觸角來感受周圍的環境,找到正確的信號對,並在正確的方向上緩慢移動。如果這種機制過於活躍,細胞遷移就會頻繁發生。

值得注意的是,癌細胞的轉移往往涉及細胞遷移。一旦癌細胞通過細胞運動遷移到其他組織並紮根,疾病就會開始惡化。如果能及時阻止癌細胞的轉移,就能及時阻止病情的發展,癌症就不再觸目驚心。

細胞運動的新方式: 蛙泳? 劃船?

白細胞是負責體內免疫反應的最重要的細胞。其數量異常往往表明機體有炎症,其遷移往往與炎症反應有關。炎症如果長期積累,會導致很多慢性病,甚至癌症。因此,白細胞遷移的研究已成為細胞生物學的熱點之一。

最近,人們研究發現了血液中白細胞的一種新運動發展方式。這種社會運動管理方式進行不同於“散步”,看起來更像是在水中以蛙泳教學模式遊動,給人帶來一種通過細胞像遊泳者一樣變換身形的錯覺。

但是白細胞真的是“蛙泳”嗎?進一步的研究發現,單一的“蛙泳”不能有效地推動細胞前進。原來這些細胞可以利用跨膜蛋白來劃槳。跨膜蛋白可以穿過細胞膜,像槳一樣伸出細胞外,這就是所謂的“分子槳”。

這些跨膜蛋白在細胞內與肌動蛋白微絲相連,形成細胞骨架的一部分,像發動機一樣推動細胞通過收縮運動。細胞還會把位於後面的“分子槳”密封在細胞泡囊中,泡囊會從細胞膜上脫落,移動到細胞前面,從而實現連續劃動。

白細胞使用“分子槳”遊動,使免疫細胞能夠在充滿液體的環境中自由移動,從而充分探索身體的所有部位,例如腫脹的身體部位、感染的膀胱、腦脊液或羊水。這無疑對及時發現病變和啟動免疫反應有很大幫助。雖然目前還不清楚癌細胞是否也能像白細胞一樣伸出“分子槳”,但白細胞的這種遷移為細胞的運動方式提供了更多的可能性。

各種細胞運動默默的支撐著我們的生命和健康,也期待未來對細胞運動的方式有更多的了解和探索。

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