综述：哺乳动物运动纤毛：结构、形成、组装与功能

本综述系统阐述了哺乳动物运动纤毛的细胞生物学机制，聚焦其作为“9+2”轴丝（axoneme）结构的精密纳米机器，通过节律性搏动在生殖、左右不对称（left-right asymmetry）建立及器官稳态维持中的关键作用，并深入探讨了多纤毛细胞（MCCs）突破中心粒（centriole）复制限制进行基体（BB）扩增，以及纤毛平面极性（PCP）形成等前沿科学问题。

　　

引言 – 运动纤毛的进化与功能

运动纤毛和鞭毛是基于微管（MT）的细胞器，构建在特化的中心粒即基体（BB）之上。它们最初出现在原生生物中，使其能够在水中快速移动，随后被多细胞生物继承。在植物中，它们的功能仅仅是驱动精子运动以进行有性生殖，直到在一些裸子植物和所有被子植物的进化过程中被抛弃。在动物中，鞭毛驱动精子运动以确保繁殖，而运动纤毛则出现在各种上皮细胞中，通过产生定向液体流动来执行多种任务。

轴丝和纤毛搏动

纤毛和鞭毛的内部支架被称为轴丝（axoneme）。大多数运动纤毛（以及鞭毛）中的轴丝微管阵列具有所谓的“9+2”排列，即9个双联微管（DMTs）围绕一对中央单联微管（CP）。“9+2”轴丝中的每个DMT都装饰有96纳米重复的七个内臂动力蛋白（IDA）复合物、一个外臂动力蛋白（ODA）复合物以及其他附属结构。CP复合物通过放射辐（radial spoke, RS）与DMTs相连。这种高度有序的结构是纤毛规律性搏动的结构基础。纤毛的搏动是由动力蛋白（dynein）介导的，这些马达蛋白利用ATP水解产生的能量，导致相邻DMTs的相对滑动，从而在调节机制的控制下产生弯曲波。

基体（BBs）的扩增

中心粒的生物发生通常依赖于亲代中心粒（中心粒途径），并且在每个细胞周期中，两个亲代中心粒各自只产生一个子代中心粒。因此，为了为多纤毛发生提供足够的BBs，多纤毛细胞（MCCs）必须设法打破对中心粒形成的严格控制。有趣的是，这是通过进入一个特殊的细胞周期变体来实现的，其中中心粒扩增发生在没有DNA复制和有丝分裂的情况下。在此过程中，大量的中心粒前体（被称为 deuterosomes）被组装起来，并促进大多数子代中心粒的产生（非中心粒途径）。

节点纤毛与左右不对称

在两侧对称的动物中，内脏器官通常是不对称排列的，这可能是为了其适当的储存和功能。脊椎动物进化出了不同的策略来打破左右对称。在脊椎动物中，胚胎上皮中的左右组织者（LRO）是确定左右对称性所必需的。特别是鱼类、两栖类、啮齿类和灵长类动物的LRO富含运动和不动单纤毛，由运动纤毛的顺时针旋转搏动驱动的向左液体流对于左右不对称的建立至关重要。

展望

未来的研究工作仍需要理解运动纤毛在形成、维持、搏动机制、平面极化、生理功能和病理作用等方面的许多未知问题。例如，结构组件是如何精确地拼接到轴丝支架上以形成精密的搏动机器的？流体动力、平面细胞极性（PCP）信号和细胞内细胞骨架在纤毛平面极性形成过程中是如何协调的？除了精子鞭毛，室管膜和气管的多纤毛是否以及如何适应其特定的生理环境？对多纤毛细胞（MCCs）分化和功能机制的深入研究，不仅有助于理解基本的细胞生物学过程，也将为纤毛病（ciliopathies）的诊断和治疗提供新的见解。