追随诺贝尔奖脚步：细胞新发现

　　

生物通报道：两个近期诺贝尔奖的焦点：一种蠕虫（roundworm，生物通注）为了解细胞相互交流的机制提供了新的契机，这一研究成果将公布在2月21日的《Current Biology》杂志上。

在2002年，美国科学家罗伯特-霍维茨、英国科学家悉尼-布雷内和约翰-苏尔斯顿共同获得了诺贝尔生理学/医学奖。他们因为发现了器官发育和细胞死亡的基因规则而获得这一奖项，这三位科学家都选用了线虫（Caenorhabditis elegans，C. elegans）作为新颖的实验生物模型，这种独特的方法使得基因分析能够和细胞的分裂、分化，以及器官的发育联系起来，并且能够通过显微镜追踪这一系列过程，并且也揭示了这些基因怎样在细胞死亡过程中相互作用。

2006的诺贝尔生理学/医学奖颁给了“RNA干扰机制—双链RNA沉默基因”，两位遗传学家和同事在《Nature》杂志上发表了一篇题为《双链RNA在秀丽隐杆线虫中有力而独特的遗传干扰作用》的论文，同样也是这一小小的线虫帮助他们获得这一科学上的最高殊荣。

在最新的这一线虫相关的文章中，研究人员则是证明了一种新机制：线虫细胞进行内部信号交流，告知肌肉细胞伸缩，而这个过程仅仅是通过细胞之间酸性的改变。研究人员认为这种短暂的酸性改变也许在整个动物世界里都是通行的，包括从人类神经信息传递，到线虫排便的过程——线虫的作用主要来自其与人类细胞的相似性。

文章作者，罗彻斯特大学（University of Rochester）医学院肾脏学系的副教授 Keith Nehrke博士表示，“在我学习的过程中主要是研究哺乳动物，但是现在我的研究主要聚焦在线虫上”，“在我们的实验中并没有限制或者麻痹线虫，这让我们能对只出现在能吃，能动的动物器官间的复杂相互作用进行研究。pH信号在人类中是否常见还是一个需要进一步研究的问题，但是这一潜在的影响是奇妙的——大部分生物过程通过酸来调控的。”

Nehrke博士的这一研究与之前犹他州大学生物学教授 Eric Jorgensen在1月份《Cell》上公布的一项研究结果（Cell 2008, 132, 149）想吻合。后者利用遗传学的方法定义了两个特殊蛋白之间的信号链接。
（生物通：张迪）

附：
秀丽线虫：诺贝尔奖的新宠

线虫之所以能在经典模式生物的名单中占有一个重要位置和它的形态特点有密切关系。前面已经提到，线虫通身透明，观察十分容易。更为重要的一点是，它是唯一一个身体中的所有细胞能被逐个盘点并各归其类的生物。它的幼虫含有556个体细胞和2个原始生殖细胞，成虫则根据性别不同具有不同的细胞数。最常见的雌雄同体成虫成熟后含有959个体细胞和2000个生殖细胞，而较少见的雄性成虫则只有1031个体细胞和1000个生殖细胞。此外，线虫的生命周期很短，它从生到死的全过程只有3天半，这就使得不间断的观察并追踪每个细胞的演变成为可能。通过20年的努力，到90年代中期，人们已经建立了完整的线虫从受精卵到所有成体细胞的谱系图。这意味着，它机体里每一个细胞的来龙去脉都处于我们的视野中，清晰并且无所遗漏。

由于精子和卵细胞的形成（通常称为配子发育gametogenesis）是贯穿个体发育的主线，因此人们通常按照生殖系细胞的发育路线建立个体细胞的谱系。这里涉及一个有关生殖系（germline）的定义，它是指从受精卵到原始生殖细胞的分裂过程中，所有能形成配子（生殖细胞的另外一种说法）的细胞。众所周知，任何生物个体的细胞中都含有同样一套基因，但并不是所有细胞都能发育成配子。只有一类特殊的细胞能够形成生殖细胞，至于到底哪些细胞能够成为担负种系延续重任的幸运者，则是一件在受精之初就已经决定的事情：卵子中的一类特殊物质决定了细胞的命运。在线虫、果蝇和两栖动物，这类物质称为生殖质（germplasm）。它们是位于卵子中离细胞核较远的一端的一些颗粒状物质，由蛋白质和核糖核酸（RNA）构成。

线虫的生殖质通常被称为P颗粒，对它的分配是通过一种不对称分裂实现的，这种分裂方式把它只分配到生殖细胞中，而不分配到注定要成为体细胞的姊妹细胞中。受精卵的第一次分裂产生一个含P颗粒的种系细胞P1和一个创建者细胞AB（foundercell,等同于哺乳动物中的干细胞，可以通过分裂形成其他构成机体组织的细胞，因为线虫成虫中没有类似干细胞的具有自我更新能力的细胞，所以用创建者细胞来命名）。P1继续分裂，P颗粒分配到种系细胞P2中，另一个细胞成为创建者细胞EMS。接下来进行的第三次分裂中，产生P3种系细胞和创建者细胞C。前者继续分裂形成生殖系的最后一个种系细胞P4，它最终形成两个原生殖细胞Z2和Z3，同时形成的还有创建者细胞D。到产生原生殖细胞时，幼虫发育就绪――556个体细胞已经完全从创建者细胞形成，可以从母体产出了。通过把分子中带有不扩散高分子葡萄糖的荧光染料注入创立者细胞，幼虫中每个部位细胞的家族史立时昭然若揭。

来自创立者AB的细胞后来分裂和分化出了389个细胞，它们构成了皮下、神经、咽肌、分泌腺和运动系统的一部分细胞。EMS则细胞再分裂为MS和E两个创建者细胞系，由MS细胞分裂成为包括体肌细胞、咽肌细胞、神经细胞和分泌腺细胞在内的80个细胞，E细胞的主要作用是发育成消化道的主体：20个肠细胞。构成神经系统的另外2个细胞则来自C细胞，此外，还有45个皮下和体肌细胞也是来自于C创建者系。最后，D细胞全部用于形成运动系统的20个体肌细胞。

出生之后，线虫的发育还将继续，从形态上，还需要经过3次蜕皮，从细胞数量上，一些器官的细胞还要继续分裂，比如，肠细胞还需要多来14个才够，而表皮细胞也还需要继续分裂直到数量达到213个。在这个数量继续增长的时期，细胞最多时达到1090（雌雄同体，若是雄虫则为1179）。然而，我们前面已经提到，完全成熟的成虫只有959个细胞，那么，多出的131个细胞又到哪里去了？面对这个问题，大家最先想到的答案一定是“它们死掉了”。这答案不错，不过它们在这里死亡的方式很有点独特。

通常情况下，当我们说一个细胞“死亡”时，指的是病理性死亡，也就是坏死（necrosis）。这个字眼来自希腊文nekrōsis，本意即是“死亡”。之所以坏死是“病理性死亡”，乃因为它是由严重损伤导致的细胞结构和功能的崩溃。正常情况下，细胞借细胞膜和外界隔离，膜上各种调节大小分子进出的蛋白质就像一台台精巧的分子发动机：它们消耗能量把一些离子泵进细胞，又将细胞内不需要的物质排出门外，调节细胞内水分的含有量，使细胞既不干渴也不至于胀成水壶。对于维系细胞内环境稳定来讲，这些发动机的稳定运转至关重要。