高分辨率实验室实验展示了细胞如何“进食”——解决了细胞生物学中存在 40 年历史的问题

一项新的研究显示了细胞膜如何弯曲(qū)以(yǐ)形(xíng)成(chéng)“嘴(zuǐ)”，使(shǐ)细(xì)胞(bāo)能(néng)够消耗周围的东西。

“就像我们的饮食习惯基本上塑造了我们身体的任何东西一样，细胞‘吃’的方式对细胞的健康很重要，”俄亥俄州立大学物理学副教授、该研究的主要作者 Comert Kural 说。“直到现在，科学家们还没有理解这种情况发生的机制。”

这项最近发表在《发育细胞》杂志上的研究发现，细胞的细胞间机制组装成一个高度(dù)弯曲的篮状结构，最终长成一个封闭的笼子。科学家们此前认为，结构始于扁平晶格。

Kural 说，膜曲率很重要：它控制着将物质进出细胞的口袋的形成。

囊袋捕(bǔ)获(huò)细(xì)胞(bāo)周(zhōu)围(wéi)的(de)物(wù)质(zhì)，在(zài)细(xì)胞(bāo)外(wài)物(wù)质(zhì)周围形成，然后变成囊泡——红细胞大小的百万分之一的小囊。囊泡携带对细胞健康至关重要的东西——例如蛋白质——进入细胞。但它们也可能被可以感染细胞的病原体劫持。

但是，这些口袋是如何由以前被认为是扁平的膜形成的，这个(gè)问(wèn)题(tí)困(kùn)扰(rǎo)了(le)研(yán)究(jiū)人(rén)员(yuán)近(jìn) 40 年(nián)。

“这(zhè)是(shì)细(xì)胞(bāo)研(yán)究(jiū)中(zhōng)的(de)一(yī)个(gè)争(zhēng)议(yì)，”库(kù)拉(lā)尔(ěr)说(shuō)。“而(ér)且(qiě)我(wǒ)们(men)能(néng)够(gòu)使(shǐ)用(yòng)超(chāo)分(fēn)辨(biàn)率(lǜ)荧(yíng)光(guāng)成(chéng)像(xiàng)来(lái)实(shí)际(jì)观(guān)察(chá)活(huó)细(xì)胞(bāo)内(nèi)这(zhè)些(xiē)口(kǒu)袋(dài)的(de)形(xíng)成(chéng)，因(yīn)此(cǐ)我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)回(huí)答(dá)它(tā)们(men)是(shì)如(rú)何(hé)产(chǎn)生(shēng)的(de)问(wèn)题。

“简单地说，与之前的研究相(xiāng)比(bǐ)，我(wǒ)们(men)制(zhì)作(zuò)了(le)高(gāo)分(fēn)辨(biàn)率(lǜ)的(de)细(xì)胞(bāo)电(diàn)影(yǐng)，而(ér)不(bù)是(shì)拍(pāi)摄(shè)快(kuài)照(zhào)，”库(kù)拉(lā)尔(ěr)说(shuō)。“我(wǒ)们(men)的(de)实(shí)验(yàn)表(biǎo)明(míng)，蛋(dàn)白(bái)质(zhì)支(zhī)架(jià)一(yī)旦(dàn)被招募到囊泡形成部位，就会开(kāi)始(shǐ)使(shǐ)下(xià)面(miàn)的(de)膜(mó)变(biàn)形(xíng)。”

库(kù)拉(lā)尔(ěr)说(shuō)，这(zhè)与(yǔ)之(zhī)前(qián)的(de)假(jiǎ)设(shè)形(xíng)成(chéng)鲜(xiān)明(míng)对(duì)比(bǐ)，即(jí)细(xì)胞(bāo)的(de)蛋(dàn)白(bái)质(zhì)支(zhī)架(jià)必(bì)须(xū)经(jīng)过(guò)能(néng)量(liàng)密(mì)集型(xíng)重(zhòng)组(zǔ)才(cái)能(néng)使(shǐ)膜(mó)弯(wān)曲(qū)。

细(xì)胞(bāo)消耗和排出囊泡的方式对生物体起着关键作用。这个过程有助于清除血液中的坏胆固醇；它还传输神经信号。众所周知，这个过程会在几种疾病中分解，包括癌症和阿尔茨海默病。

“了解膜结合囊泡的起(qǐ)源(yuán)和(hé)动(dòng)力(lì)学很重要——它们可用于输送药物用于药用目的，但与此同时，它们会被病毒等病原体劫持进入并感染细胞，”库拉尔说。“我们的结果很重要，不仅关系到我们对生命基本原理的理解，也关系到制定更好的治疗策略。”

参考：“从头内吞网格蛋白涂层在其形成的早期阶段形成曲率”，作者：Nathan M. Willy、Joshua P. Ferguson、Ata Akatay、Scott Huber、Umidahan Djakbarova、Salih Silahli、Cemal Cakez、Farah Hasan、Henry C. Chang , Alex Travesset, Siyu Li, Roya Zandi, Dong Li, Eric Betzig, Emanuele Cocucci 和 Comert Kural，2025 年 11 月 12 日，发育细胞。
DOI: 10.1016/j.devcel.2025.10.019

俄亥俄州立大学药学院助理教授 Emanuele Cocucci 与加州大学伯克利分校、加州大学河滨分校、爱荷华州立大学、普渡大学和中国科学院的研究人员共同撰写了这项研究。