《細胞》：三十年的細胞謎團，被一次意外實驗解開了 _健康小知識

▎藥明康德內容團隊編輯
在高中生物課上，我們應該都學過質壁分離的現象，當植物細胞面對外部環境壓力，例如處于高鹽或者高糖的溶液中時會選擇脫水，此時細胞體積縮小，我們便能觀察到細胞膜與細胞壁分離的情景。
這種變化同樣存在于動物細胞中，類似條件下，動物細胞會脫水變小，形成褶皺狀。其實身體內部，尤其是腎臟細胞也會經常經歷鹽離子濃度的變化，盡管沒有實驗中那么劇烈，但也對它們適時地調控細胞大小提出了很大要求。
那細胞究竟是如何應對變化，調節和控制細胞正常大小來保證生存的呢？

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圖片來源：123RF
上世紀90年代，科學家認為細胞可能可以監控內部的蛋白濃度，從而知道內部有多“擁擠” ，當檢測到不擁擠時，細胞便不再變化。后來的一系列實驗證明，一種特殊的無賴氨酸激酶（With-No-Lysinekinases ， WNK）被發現或許可以逆轉細胞縮小的體積，但具體是如何操控這一變化的大家并不清楚。
《細胞》最近的研究終于揭示了細胞的這神奇一面，細胞大小的恢復的確與WNK離不開關系。在理解這一過程之前，我們首先要重新想象一下細胞內部的圖景。

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我們應該都知道細胞內部會含有各種各樣的物質，最基本的包括水和無機離子，此外還有脂質、糖、氨基酸等細胞所需的營養分子，大分子則有蛋白質、RNA和多糖。
這些細胞質基質很容易被認為是均勻地分布在細胞內部的，就好像沖泡咖啡一樣都混勻了。但實際上，細胞內部充斥的是一些小的液滴狀結構和蛋白質小簇。當外部壓力來臨，細胞體積縮小時，這些小的液滴便會融合形成大的液滴。

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▲WNK參與的相分離過程可以幫助細胞控制大小（圖片來源：參考資料[2]）
卡內基梅隆大學的DanielShiwarski博士和妻子CaryBoyd-Shiwarski博士在顯微鏡下就意外觀察到了這一奇特現象，他們當時在進行細胞觀察，但是突發奇想加入鹽溶液后，細胞內部小的熒光點迅速轉變成了一個大的熒光團。
▲視頻中，細胞在接觸鹽溶液后， WNK（綠色）會匯聚形成視野中更大的熒光團，此舉可以幫助細胞運輸水和離子（視頻來源：BOYD-SHIWARSKI,ETAL.,CELL(2022).）
【《細胞》：三十年的細胞謎團，被一次意外實驗解開了】這些熒光團就是融合的大液滴，而他們當時用熒光所標記的就是WNK 。正常情況下， WNK會分布在各處，而一旦處于鹽溶液當中， WNK就會聚集到一起。
研究者將這種變化稱作相分離（phaseseparation），這一過程中， WNK在匯聚的同時還會攜帶著大量激活細胞轉運的分子，當它們同時聚集時，會允許細胞打開通道將離子和水運輸到內部，從而恢復細胞的體積。

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▲細胞的大小變化與WNK具有聯系（圖片來源：參考資料[2]）
“有許多人認為相分離和生理過程并不相關，他們覺得這或許是過度表達蛋白的異常結果， ”Boyd-Shiwarski博士表示，但經過6年的實驗，他們確認這是會在正常、健康的細胞中發生的。
WNK的這種相分離對維護細胞正常功能也很重要，比如腎小管細胞中鉀離子過低的時候， WNK又可以聚集促成鉀離子的轉運。因此，除了恢復細胞大小， WNK可能還能作為鹽離子的把關工具之一。
研究者指出，這些發現可能在未來推動我們了解高血壓、鉀離子失衡異常等各種疾病機制，幫助預防和治療這些疾病，造福更多患者。