细胞骨架由微丝微管构成，最新研究揭示其生物医学应用前景

细胞骨架由微丝微管构成，最新研究揭示其生物医学应用前景

细胞骨架是真核细胞内由蛋白质纤维构成的复杂网络结构，贯穿整个细胞质，为细胞提供支撑、维持形态并参与多种生命活动。细胞骨架可以被比喻为城市的交通网络系统。就像城市的交通网络由道路、桥梁和隧道组成，确保人员和物资的流动一样，细胞骨架由微丝、微管和中间纤维组成，负责维持细胞的形状、提供机械支持、确保细胞内物质的运输和细胞的运动。

微丝是细胞骨架中最细小的组成部分，直径仅为6~7纳米，但数量众多，广泛分布于细胞中。它们主要由肌动蛋白（actin）聚合而成，形成动态的纤维状结构。微丝在细胞中扮演着至关重要的角色：

• 维持细胞形态：微丝为细胞提供机械强度和形状，特别是在上皮细胞和肌肉细胞中，微丝形成的张力纤维和肌肉细丝对维持细胞形状至关重要。
• 细胞运动：微丝参与细胞的运动过程，如细胞迁移、吞噬作用和胞质分裂等。通过与肌球蛋白（myosin）相互作用，微丝可以产生收缩力，推动细胞边缘的伸展和收缩。
• 物质运输：微丝作为轨道，介导细胞内物质的定向运输。例如，在神经细胞中，微丝参与轴突和树突的生长，以及神经递质囊泡的运输。

微管是细胞骨架中的主干道，直径约为20~25纳米，由α和β微管蛋白（tubulin）组成。它们具有高度的动态不稳定性，可以快速组装或解聚，以适应细胞的不同需求。微管的主要功能包括：

• 维持细胞形态：微管为细胞提供结构支撑，特别是在细胞分裂过程中，微管重组形成纺锤体，确保染色体的正确分离。
• 物质运输：微管是细胞内物质运输的主要通道。动力蛋白（dynein）和驱动蛋白（kinesin）等马达蛋白沿着微管行走，携带囊泡、细胞器和其他大分子物质在细胞内运输。
• 细胞分裂：在细胞分裂过程中，微管形成纺锤体，负责染色体的分离和细胞质的分配。

中间纤维是细胞骨架中化学性质最为多样的一类，直径约10纳米，具有高度的组织特异性。它们在细胞中起到连接和稳定的作用：

• 机械支撑：中间纤维为细胞提供机械支撑，增强细胞的抗压能力。例如，角蛋白中间纤维在上皮细胞中提供保护，防止细胞因外界压力而破裂。
• 维持细胞形态：中间纤维与细胞膜紧密相连，帮助维持细胞的形状和稳定性。
• 信号传导：中间纤维参与细胞信号传导过程，将机械信号转化为生物化学信号，影响细胞的生理活动。

近年来，科学家们在细胞骨架的研究中取得了重要突破，揭示了其在生物医学领域的潜在应用。

• 心肌细胞骨架蛋白βII spectrin的研究：空军军医大学西京医院陶凌/王姗团队发现，βII spectrin是维持心脏正常功能的关键细胞骨架元件。它通过调控线粒体复合体I的活性，维持线粒体稳态。这一发现为心肌缺血损伤及心衰的治疗提供了新的思路和潜在靶点。
• 普林斯顿大学的“细胞骨架回路”技术：研究人员开发了“细胞骨架回路”，通过控制微管的生长角度和方向，创新微管结构。这项技术有望推动软体机器人、新药研发和高精度生物分子运输合成系统的发展。
• 上海交大的人工细胞骨架研究：邓楠楠课题组开发了一种基于微尺度相界面共组装的方法，在人工细胞内构筑皮质样仿生细胞骨架。这种新型细胞骨架大大提升了人工细胞的稳定性和耐受能力，同时赋予其多种新的仿生功能。

细胞骨架作为细胞内部的“交通网络”，不仅维持着细胞的形态和结构，还参与细胞运动、物质运输和信号传导等重要生命活动。随着研究的深入，细胞骨架在生物医学领域的应用前景广阔，有望为疾病的治疗和生物技术的发展带来新的突破。