美國(guó)密歇根大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家Yukiko Yamashita曾認(rèn)為自己很了解果蠅睪丸。但5年前，當(dāng)她在這個(gè)器官上做了一系列實(shí)驗(yàn)后，結(jié)果卻讓她很困惑。

Yamashita團(tuán)隊(duì)一直在研究果蠅如何維持精子的供應(yīng)，并設(shè)計(jì)了特定細(xì)胞在該過(guò)程中以產(chǎn)生特定的蛋白質(zhì)組。但是，一些蛋白質(zhì)似乎已經(jīng)完全轉(zhuǎn)移到另一組細(xì)胞中，而不是在人工細(xì)胞中出現(xiàn)。

Yamashita和同事Mayu Inaba將這一現(xiàn)象稱為“不可思議的交易”。他們相信這種現(xiàn)象是真實(shí)存在的，但卻不明白這是怎么回事。因此，他們把這個(gè)項(xiàng)目束之高閣，直到一年后，Inaba向Yamashita展示了一些納米小管的照片。這些小管從一個(gè)細(xì)胞延伸到另一個(gè)細(xì)胞，它們可能就是“非法交易”的黑手。

一開始，Yamashita對(duì)此表示懷疑。但她決定從12年前自己的博士后項(xiàng)目中挖掘圖像。果然，細(xì)長(zhǎng)小管向目標(biāo)細(xì)胞延伸。Yamashita說(shuō)：“這真讓人大開眼界?！?/p>

細(xì)胞“走私”路線

該團(tuán)隊(duì)在2015年發(fā)表了這項(xiàng)研究，指出這些小管可以幫助睪丸細(xì)胞精確地交流，并向它們的一些“鄰居”傳遞信息?！拔覀冋J(rèn)為這個(gè)蛋白質(zhì)被‘走私’了?！盰amashita說(shuō)，“但我們不認(rèn)為這有一個(gè)真實(shí)軌道?！?/p>

Yamashita的管道加入了一個(gè)不斷擴(kuò)大的細(xì)胞間神秘通道目錄。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，更長(zhǎng)的管道似乎不僅傳輸分子信號(hào)，而且傳輸更大的“貨物”，例如病毒粒子、朊病毒，甚至是細(xì)胞能量“發(fā)電機(jī)”線粒體。

德國(guó)海德堡大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)家Amin Rustom說(shuō)，這些觀察表明了細(xì)胞之間未曾預(yù)期的連接水平。他在20年前首次發(fā)現(xiàn)了這類管道。他提到，如果正確的話，“它將改變醫(yī)療應(yīng)用和生物學(xué)的一切，因?yàn)樗鼘⒏淖兾覀兛创M織的方式”。

但北卡羅萊納大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)家Richard Cheney并沒(méi)有準(zhǔn)備好開始修改教科書。Cheney一直在關(guān)注這一領(lǐng)域，并與Rustom的博士導(dǎo)師進(jìn)行了合作。他說(shuō)，毫無(wú)疑問(wèn)，長(zhǎng)而薄的突起在這個(gè)地方到處都是。但問(wèn)題是，它們?cè)谧鍪裁础?dāng)細(xì)胞相互接觸發(fā)送簡(jiǎn)單的信息，或打開一個(gè)缺口促進(jìn)大規(guī)模運(yùn)輸？

他說(shuō)：“我可能會(huì)賭是基于接觸的信號(hào)，在那里你不需要大量的分子副本，并且不會(huì)像州際高速公路發(fā)生的情況那樣。”

無(wú)論如何，難點(diǎn)在于這些小管很難研究。人們辨識(shí)它們的存在就非常困難了，更不用說(shuō)證明它們確實(shí)有功能。Yamashita借助新工具發(fā)現(xiàn)，在果蠅中，這些管道是通過(guò)直接接觸來(lái)發(fā)送信號(hào)的。但是在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中尋找小管的研究人員卻沒(méi)有這些資源，來(lái)自哺乳動(dòng)物組織的相關(guān)證據(jù)甚至十分稀少。

盡管如此，最近還是有人對(duì)這些管子產(chǎn)生了興趣。其中一個(gè)是英國(guó)制藥公司葛蘭素史克公司新興平臺(tái)負(fù)責(zé)人George Okafo。他認(rèn)為這些小管可以解釋為什么阿爾茨海默氏癥、帕金森病、瘧疾、艾滋病和朊病毒感染這樣的疾病很難治療?！坝幸环N特征并不是很多常規(guī)療法的目標(biāo)，即疾病從細(xì)胞擴(kuò)散到細(xì)胞的方式。”他說(shuō)。

功能更復(fù)雜

科學(xué)家已經(jīng)知道，有些細(xì)胞將絲狀延長(zhǎng)物作為將自己從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方的臨時(shí)據(jù)點(diǎn)。但1999年加州大學(xué)舊金山分校細(xì)胞生物學(xué)家Thomas Kornberg提出，它們可能會(huì)參與一些更復(fù)雜的事情。

Kornberg在觀察蒼蠅幼蟲翅膀發(fā)育時(shí)，看到從翅膀上伸出的一大片絲狀纖維向?qū)ζ渖L(zhǎng)至關(guān)重要的信號(hào)中心延伸。他創(chuàng)造了“細(xì)胞線”這個(gè)詞用來(lái)描述這些細(xì)絲。他認(rèn)為，一些被認(rèn)為是由擴(kuò)散而產(chǎn)生的細(xì)胞顫振，實(shí)際上可能是由細(xì)胞線策劃的。這一想法令人吃驚，而且進(jìn)展緩慢，但現(xiàn)在它正在向教科書“邁進(jìn)”。

2004年，兩個(gè)研究小組分別發(fā)表了一些更激進(jìn)的觀點(diǎn)：哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的納米管似乎將諸如細(xì)胞器和囊泡之類的“貨物”來(lái)回移動(dòng)。Rustom發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)直管連接著培養(yǎng)皿里的老鼠細(xì)胞，因?yàn)樗趯?shí)驗(yàn)中忘記了洗滌步驟。

Rustom及其海德堡大學(xué)導(dǎo)師Hans-Hermann Gerdes，設(shè)計(jì)了能制造熒光蛋白的細(xì)胞，觀察到分子從一個(gè)細(xì)胞流動(dòng)到另一個(gè)細(xì)胞的過(guò)程。他們?cè)诎l(fā)表于《科學(xué)》的論文中，把這種結(jié)構(gòu)描述為“納米管高速公路”。

同年，倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的Daniel Davis小組描述了“膜納米管”網(wǎng)絡(luò)：這些細(xì)胞的外膜被拉伸到幾個(gè)細(xì)胞長(zhǎng)度，以連接不同類型的免疫細(xì)胞；由一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的脂質(zhì)出現(xiàn)在另一個(gè)細(xì)胞表面。

“關(guān)鍵不是我們看到了它們，而是決定你要挖掘和調(diào)查的東西。”Davis說(shuō)。該團(tuán)隊(duì)接著描述了不同種類的納米管，其中一些里面有小泡和線粒體，另一些有細(xì)菌“沖浪”。

與此同時(shí)，其他實(shí)驗(yàn)室也報(bào)告了神經(jīng)元細(xì)胞、上皮細(xì)胞、間質(zhì)干細(xì)胞、幾種免疫細(xì)胞和多種癌癥的細(xì)胞連接管。此外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了更多形狀的細(xì)管。

2010年，Gerdes和同事報(bào)告說(shuō)，一些管道在縫隙連接中結(jié)束：這些通道可以通過(guò)肽和RNA分子。Yamashita推測(cè)，這種聯(lián)系可能比神經(jīng)元突觸更具有概念上的聯(lián)系?！笆紫?，薄膜突出物可能已經(jīng)進(jìn)化了，而更高級(jí)的生物體可能已經(jīng)開始升級(jí)它們，以便有更復(fù)雜的功能?！彼f(shuō)。

大多數(shù)研究人員更關(guān)心的是這些細(xì)胞管道在人類健康和疾病中的作用。2015年，由癌癥專家Frank Winkler領(lǐng)導(dǎo)的海德堡大學(xué)團(tuán)隊(duì)得出了最有力的證據(jù)。和其他人一樣，Winkler團(tuán)隊(duì)一開始沒(méi)有計(jì)劃研究細(xì)胞突起，他們想測(cè)試一個(gè)檢測(cè)人類神經(jīng)膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)的系統(tǒng)。研究人員將從腫瘤細(xì)胞中提取的細(xì)胞注入老鼠大腦中，以便觀察這些細(xì)胞。

癌細(xì)胞入侵后，它們會(huì)在其前部出現(xiàn)管狀突起，許多管子通過(guò)縫隙連接細(xì)胞。結(jié)果相互連接的細(xì)胞成功地在輻射下存活，但孤立的細(xì)胞被殺死，原因可能是縫隙連接幫助細(xì)胞將有毒離子擴(kuò)散給“鄰居”。

而當(dāng)輻射殺死了相連的腫瘤細(xì)胞時(shí)，這些細(xì)胞的細(xì)胞核有時(shí)會(huì)沿著管道向下移動(dòng)，然后管子就會(huì)擴(kuò)張到“干凈”區(qū)域，形成一個(gè)充滿活力的新癌細(xì)胞。這些“腫瘤微管”也被發(fā)現(xiàn)于病人的活檢中，而密度更長(zhǎng)的導(dǎo)管與更耐藥的癌癥及較差的預(yù)后相關(guān)。

懷疑主義強(qiáng)大

當(dāng)細(xì)胞的傳統(tǒng)定義處于“險(xiǎn)境”時(shí)，毫無(wú)疑問(wèn)懷疑主義依然強(qiáng)大。明尼蘇達(dá)大學(xué)癌癥研究人員Emil Lou表示，他提議的對(duì)人類癌癥納米管研究提供撥款被嗤之以鼻，因?yàn)樵u(píng)審者不相信這種結(jié)構(gòu)的存在。

另一些人則認(rèn)為它們確實(shí)存在，但只藏身在培養(yǎng)皿世界里。英國(guó)牛津大學(xué)免疫學(xué)家Michael Dustin說(shuō)，他有過(guò)培養(yǎng)皿中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生在生物體致密的組織中的經(jīng)歷。例如，準(zhǔn)備產(chǎn)生抗體的白血球能在培養(yǎng)皿中產(chǎn)生一個(gè)“漂亮對(duì)稱”的眼睛圖案，但它們?cè)隗w內(nèi)卻是混亂和不對(duì)稱的。

然后，還有一些機(jī)械學(xué)問(wèn)題：一些研究人員認(rèn)為，管子兩端都是開著的，以便貨物進(jìn)出。但霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所細(xì)胞生物學(xué)家Jennifer lippincott-schwartz認(rèn)為，這將導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)混合，并使細(xì)胞融合。“認(rèn)為這樣的聯(lián)系存在的人需要和一些生物物理學(xué)家談?wù)?。”她說(shuō)。相反，她認(rèn)為膜管可能進(jìn)行了最小接觸，只足夠讓受體細(xì)胞接觸并吞噬管內(nèi)貨物。

這些分歧可能導(dǎo)致該領(lǐng)域缺乏嚴(yán)格性。法國(guó)巴斯德研究所細(xì)胞生物學(xué)家Chiara Zurzolo發(fā)現(xiàn)朊病毒和其他神經(jīng)退行性蛋白質(zhì)能穿越納米管，并提到很多論文不應(yīng)只試圖評(píng)估管是否關(guān)閉或開放，甚至是否允許囊泡或類似物質(zhì)運(yùn)動(dòng)。而且，管子類型的增殖，以及它們的不同名稱，使連貫討論變得困難。“我們必須嚴(yán)格遵守對(duì)這些結(jié)構(gòu)的稱呼，而現(xiàn)在很混亂?！彼f(shuō)。

但加州大學(xué)歐文分校細(xì)胞生物學(xué)家Ian Smith說(shuō)，獲取活細(xì)胞的清晰圖像勝過(guò)語(yǔ)義統(tǒng)一。“這個(gè)領(lǐng)域真正需要的是細(xì)管運(yùn)輸?shù)闹苯涌梢暬??！彼f(shuō)。即使是在培養(yǎng)的細(xì)胞中，大多數(shù)顯微鏡技術(shù)也無(wú)法清楚地看到這些結(jié)構(gòu)的作用。

Lou回憶說(shuō)，起初人們告訴他，這些管子是人工制品或視覺錯(cuò)覺。“之后人們又說(shuō)，‘嗯，僅僅因?yàn)樗鼈兩L(zhǎng)在一個(gè)盤子里，并不意味著它與生物學(xué)有任何關(guān)系’，或者‘好吧，你可能是錯(cuò)認(rèn)了這些或歪曲了它們’?！?/p>

不過(guò)，Lou喜歡這個(gè)研究方向?！拔艺J(rèn)為我們必須認(rèn)真對(duì)待它并作為治療靶點(diǎn)。5年前我不可能這么說(shuō)。”