两篇Science发布惊人发现：细胞的“瑜伽”特技

细胞会做一些你在瑜伽课上绝对不应该尝试的动作。例如，当免疫细胞追捕入侵微生物时，它们会扭曲自身插进其他细胞之间的窄缝中。但它们要付出代价：发表在《科学》（Science）杂志上的两项新研究揭示，这些柔性特技可导致细胞核膜破裂，损害它的DNA。研究结果有可能最终能让研究者们设计出一些药物来阻止癌细胞迁移至新位点（Science提出癌症转移新学说 ）。

德国埃尔兰根纽伦堡大学生物物理学家Ben Fabry（未参与这一研究工作）说：“这是一个非常惊人的发现。多年来我一直在观察细胞挤过狭窄的空间，但我从未注意到它。”

观察到细胞在设法穿过小孔（有时不到它们身体宽度的四分之一）时进行的扭曲和翻转，“你几乎都替它们感到疼痛，”法国Curie研究所细胞生物学家Matthieu Piel说。但由于细胞是柔软的，研究人员本以为这些扭曲不会造成任何的损伤。然而细胞核比细胞其余的部分更硬，它可能无法承受这种压力。Piel说：“我们开始怀疑，当细胞穿过窄小位点时是否正在损伤细胞核。”巧合地是，越过大西洋，康奈尔大学生物医学工程师Jan Lammerding和他的同事们已开始在琢磨同一件事情。

为了阐明它，两个研究小组观察了穿过各种窄缝的细胞。Lammerding的研究小组将癌细胞和健康细胞放到一个微型的超越障碍训练场上。他们已经对细胞进行了遗传改造，使细胞核内部携带着绿色或红色的荧光蛋白。当细胞穿过狭窄位点时，颜色会渗透到细胞质，这表明了封闭细胞核的膜已经破裂。Piel和同事们也注意到当免疫细胞和癌细胞同样感受挤压时一些分子从细胞核漏出。

研究人员本以为健康细胞只在它们即将进行细胞分裂前才会打开核膜。在其他时候，细胞核和细胞质的内容物混合到一起可能会是毁灭性的。细胞质中包含一些酶，可通过破坏病毒的DNA来抵御它们。如果核膜破裂，这些酶可以接近细胞的DNA。核膜撕裂是“有可能发生在细胞身上，让细胞存活下来最糟糕的事情，”Piel说。

而破裂的细胞膜并不是受挤压的细胞必须应对的唯一问题。两个研究小组确定通过窄缝会损害细胞的DNA。细胞会发生双链断裂，这种DNA损伤可刺激它们死亡或是癌变。Lammerding说，目前尚不清楚，这些DNA断裂是由于细胞抗病毒酶攻击自身染色体，还是其他原因——例如细胞遭受压缩所致。

两个研究小组发现，细胞能够经受住这种创伤存活下来是因为它们快速地愈合了。它们修复了断裂的DNA，一种叫做ESCRT III复合物的分子封住了核膜中的裂口。Lammerding和同事们确定，细胞核修复是在破裂不到2分钟后进行，在10-30分钟内完成。

奥地利科技学院细胞生物学家Michael Sixt（未参与该研究）说，两个研究小组在实验中观察到的这种细胞核和DNA损伤可能广泛存在于我们的身体中，因为我们的许多细胞都是在四处奔走。“当它们移动时，它们不断地获得这一‘信息’。这项工作提出了一些问题：当细胞移动时它们是如何处理细胞核的。细胞不能只是将它推来推去——必须以某种方法保护它。”

能够修复核膜裂口可以帮助免疫细胞存活，但也可以让癌细胞受益。迁移至身体新部位、开始生长的肿瘤细胞是大多数癌症患者死亡的原因。Lammerding和Piel研究小组证实，阻断DNA和细胞膜修复对于受到挤压的细胞来说至关重要，表明一些抑制两个过程的药物可以阻止癌细胞转移——但研究人员有可能必须寻找一些方法来抑制对健康细胞的损伤。Lammerding说，癌细胞将“通过穿过组织来杀死自身。”

长期以来，核膜被认为只是包裹和保护DNA的一道屏障，上面留有物质运输所需的通道。南加州大学的研究团队日前发现，核膜实际上拯救了灾难性的DNA断裂。研究显示，异染色质的断裂链被带到核膜进行修复。相关论文发表在2015年10月的Nature Cell Biology杂志上（Nature子刊惊人发现：核膜承担的重任）。

在癌症和一些其他疾病患者的细胞中，往往会出现细胞核畸形。但人们并不清楚引起细胞形态异常的原因，也不了解这一现象与疾病的确切关联。美国西北大学的研究人员开发了一个数学模型，揭开了引起细胞核膜突起（也称为“blebbing起泡”）的机制，为细胞形态缺陷研究带来了新的启示。文章发表在2013年2月的PNAS杂志上（PNAS：细胞核畸形与癌症 ）。