科学家首次发现胰细胞纤毛摆动控制胰岛素释放

胰腺细胞上微小的毛发状结构一直被认为是静态传感器。现在，研究人员表示，它们可以移动，帮助调节胰岛素分泌。

　　

华盛顿大学圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)的内分泌学家Jing Hughes在实验室工作到很晚，对小鼠胰腺β细胞中的纤毛进行成像。这些纤毛是一种微小的毛发状细胞器，被认为是帮助胰腺管理血糖水平的静态传感器，但一般来说，不运动的纤毛与它们摆动、移动的纤毛相比，特征很差。因此，Hughes的目标是观察和记录这些“初级”纤毛在器官中定义明确的细胞团(称为胰岛)中的分布。然后她看到其中一个在动。

Hughes说:“一开始我不相信。她解释说，她在显微镜上工作到很晚，所以“我想我只是累了。这些东西不应该移动的。”Hughes和他的同事们出于好奇，在许多不同的条件下对胰腺纤毛进行了成像，反复观察相同的运动，该团队在9月23日的《Nature》杂志上报道。这项研究标志着科学家第一次提出，胰腺纤毛——实际上是任何初级纤毛——可以由于结构内部产生的力而移动。Hughes说，这种主动运动在调节胰岛素分泌方面也起着重要作用。

这些发现震惊了科学界。研究小组对细胞器的仔细检查显示，它们是初级纤毛和运动纤毛之间的一种混合，两者在分子和结构方面都有，颠覆了长期以来纤毛的二元分类。“我们收到了来自评论者的反对意见. . . .他们中的许多人挑战我们，要真正捍卫我们对这种混合纤毛的定义，(问)‘你怎么知道这不是一个意外?”她补充道。耶鲁大学的生物学家Ron Orbach没有参与这项研究，他承认自己也很惊讶。“你有苹果，有橘子。这是两码事。但现在我们看到，也有介于两者之间的东西。”

在她深夜的观察之后，Hughes和同事们开始了他们的研究，对人类和小鼠胰岛的初级纤毛进行成像。每个纤毛通常以一种被称为“9+0”的特定排列方式组织，其中9对融合的微管形成一个中空的圆柱体。然而，让科学家们再次惊讶的是，胰腺细胞上的纤毛偏离了这种预期的排列，它有八个外部微管双胞体和一个中心微管双胞体或单胞体。

研究人员还使用免疫荧光显微镜观察活β细胞上的蛋白质。他们观察到纤毛中含有运动蛋白，负责所谓的运动纤毛的主动运动，这种已知的摆动只在肺、中耳和呼吸道中观察到。“这又是一个大惊喜。我们想也许能找到一两个(马达蛋白)。我们实际上发现了一整群，”Hughes说。

当Hughes和她的团队通过靶向基因缺失敲除这些蛋白质时，β细胞纤毛的运动停止了。当研究小组将缺乏运动蛋白的β细胞暴露在一剂葡萄糖中以触发胰岛素分泌时，他们观察到该反应的一个关键步骤——钙流入——被延迟了。这向研究人员表明，马达蛋白对纤毛的运动是必要的，而且这些细胞器不会根据周围液体的流动而被动地移动。相反，他们研究的是一种以前不为人知的纤毛，这种纤毛不仅能感知环境，还能通过调节β细胞的功能对环境做出反应。

尽管要弄清这种新型纤毛的结构安排是如何调节其运动的，还有更多的工作要做，但他表示，这项研究为我们打开了许多新的大门。

Hughes同样很兴奋。她的团队目前专注于进一步证明在活体动物模型中纤毛运动的功能。“我认为，就像在每个领域一样，需要大量的工作来建立证明或推翻教条的势头. . . .我希望很多同事能联合起来，开始研究这个问题。”

Islet primary cilia motility controls insulin secretion