全部纤毛协调击打方向的两步骤（图）

　　

生物通报道：纤毛是排除通道内粘液的微小毛发状结构，只有与流体流动方向一致才能驱动物体运动。最近，索尔克研究所生物研究人员发现一种确保所有纤毛击打同步的两步机制，在早期胚胎发育过程中，纤毛大致指向肌体后端，开始引起微弱流动。在在随后的精细状态，所有的纤毛协调一致，随主流“风向”使帆。研究详细结果刊登于《Nature》杂志。

研究小组带头人 Christopher R. Kintner博士说，较晚期的倾斜使纤毛产生一个方向性流体流动，此液流发挥正反馈的作用——纤毛能感觉液流方向，然后重新排列，将液流最优化。

成熟纤毛细胞一般有200多个纤毛，这些纤毛相互协调，使它们的有效摆动（effective stroke）与邻近细胞上的纤毛的摆动方向一致。纤毛运动由一系列纵向排列的微管驱动，细胞中一个基体（basal body）锚定这些微管。基足（basal foot）伸出纤毛的底部，一成不变地指向有效摆动的方向。

         

   两个纤毛细胞。纤毛（绿色），基体（红色），所有的纤毛朝一个方向摆动，产生定向的流体流动。

尽管我们对纤毛的结构已经有了比较深入的了解，但纤毛上皮细胞调节有效摆动方向的机制仍然未知。Kintner等与电镜专家Richard Jacobs合作，探测纤毛极性。Jacobs设计出一种方法，能够通过评估非洲爪蟾幼虫数百个基足的方向，确定纤毛的极性。

文章第一作者Brian Mitchell博士分析早期胚胎发育时期的皮肤移植物，发现在纤毛细胞开始分化，但未产生明显液流之前，所有纤毛粗略地指向幼虫的后端。几小时内，纤毛精细调节了它们的极性，聚集在同一个轴上。如果在front朾ack axis建立之前取出皮肤样本，纤毛细胞不能确定出一个共同方向。

这项发现还揭开了先天性纤毛运动异常症（primary ciliary dyskinesia，PCD）中常见的纤毛未对准之谜。PCD患者的纤毛摆动能力差，导致重复呼吸道感染、中耳炎、男性不育等疾病。1/10的PCD都是由于DNAI1基因突变致使纤毛不能运动造成的，Spag6和TEKT2A/B是纤毛的两种主要成分，功能缺失会导致小鼠出现类PCD疾病。Mitchell说，关闭蟾蜍幼虫这两个基因，会出现PCD样症状。

“纤毛的极性仍旧偏向posterior，但如果没有一个明显的液流，精细调节的过程会被破坏，它们不能在很好地重新自我调节，这个模型阐明了纤毛无方向感与人类PCD纤毛机能不良的相关性。”在最后测中，研究人员研究流过血管细胞的液流。通过将纤毛细胞置入流室(Flow chamber)，为纤毛细胞创造一个外部液流，结果显示流动引起纤毛协调一致。Mitchell说：“只要系统中有点极性，纤毛会慢慢地利用流动自我纠正，形成一个有活力的系统。” （生物通记者 小粥）