干细胞的形状决定未来

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生物通讯：年轻的时候老是懒懒地蜷在躺椅上，以后就容易变成一个胖子。干细胞也一样：最近的研究发现，干细胞在未分化时的形态已经预示他们将来的命运。这个结果将帮助研究人员更好的理解一些疾病的成因以及帮助生物工程师设计未来的组织。

多数的组织，包括脂肪细胞和骨骼细胞，都是从特定的干细胞分化而来。研究人员一直致力研究这些干细胞的前体，是如何决定其分化的方向的。尽管研究人员早就知道这些前体细胞在分化成为成熟细胞的过程中会改变形态，但是却一直不知道形态决定了细胞的命运。

为了更好了了解这个问题，Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore的生物工程学家（生物通注：bioengineer）Christopher Chen和同时仔细研究了生长中的干细胞的形状。他们利用粘性蛋白基质在培养皿（生物通注：petri dishes）上画线来控制干细胞的生长空间，从而控制干细胞的生长形状：在其中一个培养皿中他们将蛋白排成小岛状，迫使生长的干细胞形成球状，而在另一个培养皿的蛋白涂成长片，给生长的干细胞提供充足的伸展空间。结果球状的干细胞最后发育成为脂肪细胞，里面充满脂肪；而伸展的干细胞则分化发育为成骨细胞（生物通注：osteoblasts）。

研究人员还鉴别了一个关键的信号分子，一个叫做Rho的酶，可以刺激干细胞发育成类似骨骼状。研究小组发现圆的细胞中的活性Rho较少，这暗示细胞的形态可以通过打开或者关闭Rho基因来决定细胞未来的命运。这一步是如何实现的呢？研究人员推测：细胞内以及细胞膜上的张力可以决定细胞的形态，有可能影响Rho的表达。所以研究人员用一种化学试剂来破坏未成熟细胞的细胞骨架，结果发现不加这种试剂的细胞发育成为骨骼细胞，而经过处理的细胞则发育成为脂肪细胞。

哈佛医学院的生化专家认为这个研究结果有一定的医疗应用前景：这些结果有助于解释为什么增加肌肉和骨骼细胞张力的运动能逆转骨质疏松症患者的骨质流失。此外，这些结果提示生物工程学家可能需要考虑在培养干细胞时予以怎样的张力才能帮助干细胞转化为研究人员需要的细胞类型。这个结果将发表在4月号的Developmental Cell杂志上