03.04 宅不住?其實在你爸媽出生前,你就進行過一次長征

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撰文 | 犀牛

父母出身前,你當然還沒有合體,也不是精子和卵子,而是他們體內一些比精卵更原始的細胞,叫原始生殖細胞(Primordial Germ Cells),它們一個個散落在你父母體內的眾多細胞之間,通過細胞遷移(Cell migration)這種方式移動,開始了一場大遷徙,那些細胞猶如在擁擠的人群中緩慢穿行……


故事要從你的奶奶(姥姥)懷孕不久說起。那時你父親(母親)在子宮裡剛剛度過約24天,也才剛剛發育。當時還是散裝的“你”——原始生殖細胞,就已經閒不住了。這些細胞也剛出現不久,散落在胚胎內的某片區域。但這些細胞所在的位置,並不是以後要孕育你的位置,所以要達到那裡。


宅不住?其實在你爸媽出生前,你就進行過一次長征


第5周的胚胎(懷孕約7周)圖片| embryology.ch


上面兩張圖所示,就是這些細胞的遷移路線。從2處出發時,原始生殖細胞還是青澀的一小隊細胞,在遷移過程中,它們不斷地蛻變,並壯大隊伍,最終到達5處的位置落地生根,那裡是原始的性腺。

在胚胎進入第6周後,這些細胞的遷移基本完成,這時它們變得更像後來的生殖細胞,而且成為了一支數量可觀的大部隊。拿小鼠來說,原始生殖細胞開始遷移時,大約只有100個,等到遷移完成,已經增殖到4000個左右了。


當時的胚胎很小,第5周胚胎大約9毫米,第6周胚胎大約13毫米,再看看上面圖中的比例,原始生殖細胞的遷移路線是肉眼可見的短,但對它們來卻是真的長征路,要花幾天才能完成遷移。


因為細胞遷移這種移動方式非常緩慢,有些類型的細胞每分鐘只能移動1微米。相比之下,如果精子以平均速度遊過上面的遷移路線,也就是一兩分鐘的事情。


細胞遷移之所以緩慢,是因為沒有血液這樣的高速公路可用,細胞只能徒步穿越層層細胞。它們真的是用腳走路,就像這樣:


宅不住?其實在你爸媽出生前,你就進行過一次長征


@Alexandre Saez


這就是細胞遷移過程的四個步驟:伸腳、抓地、前移、收腿。這4個動作做下來,可能30多秒就過去了。雖然外面看起來慢吞吞,不過在細胞裡面就是另一番景象了。我們來一組蒙太奇看看:


細胞外:準備緩慢伸腳~i~n~g


同時的細胞內


“接到命令!肌動蛋白到前方集合,開始組裝微絲!馬上行動!”


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紅色顆粒為肌動蛋白,組成的長條為微絲,微絲只有一端在組裝


“首批微絲組裝即將完工,側面的下一組開始!”


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微絲延伸到一定程度後,在其側面會啟動新的微絲組裝


“下一組,快快快!這不是演習,重複,這不是演習,gogogo!”

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“同時調整隊形!後面的肌動蛋白解散!”


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上圖此時對應的細胞外:細胞膜凸起了一些,大概只有其直徑的1%,如果把細胞看成一個圓,那凸起的效果和下面圓右上角的黑點差不多。(這是按照上圖中微絲的結構和肌動蛋白的個數計算的,並不代表伸腳的過程完成。)

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仔細看


隨著肌動蛋白的不懈努力,細胞最終成功頂出了腳,因為是臨時形成的,所以就被稱為偽足。大家熟知的變形蟲(阿米巴原蟲)就是通過伸出偽足來運動和進食的。


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變形蟲吞噬硅藻(細梭形的物體) | Deuterostome


還有一類理論認為偽足不是被頂出來的,是被鞭打出來的:微絲如果死死頂住細胞膜,那新的肌動蛋白就結合不上去了,但熱能會促使微絲彎曲,這樣肌動蛋白就能組裝上去了。微絲就像被掰彎的鋼條,會彈回原來筆直的形狀,那時微絲就鞭打在了細胞膜上。這樣的微絲多了,細胞膜就形成了凸起。


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伸出的偽足可以分為兩類,一類是絲狀偽足,由一根或者成束的幾根微絲頂出來,比較尖,這樣的偽足主要是試探周圍的信號,找到自己的落腳點;還有一類是片狀偽足,由一團橫七豎八的微絲頂出來,主要推動細胞向前進。


偽足找到落腳點之後,就會形成黏著斑,和細胞外的一點粘在一起。其實是偽足裡面的微絲通過黏著斑和胞外特定位點結合。黏著斑就是細胞前進的著力點,微絲一頭抓著黏著斑,另一頭產生收縮力把細胞的“屁股”向前拉,落後的胞體便向前移動了。


其中收縮力的產生還有一功臣,就是在微絲上行走的肌球蛋白,它可以一頭在微絲上行走,另一頭抓著其他分子,既可以運貨,也能產生力。我們的肌肉也是由它們這對組合完成收縮的。


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上為肌動蛋白組成的細肌絲,下為肌球蛋白組成的粗肌絲

肌肉收縮 | Alila Medical Media


像這樣有專用軌道的搬運工,在細胞裡還有更出名的,就是在微管上行走的動力蛋白,它比肌球蛋白還要強壯。

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動力蛋白誤送病毒 | Discovery & YYeTs

和微管一比,微絲就像鋼絲。鋼絲達人肌球蛋白在鋼絲上操作,使得細胞的屁股往回收了收。但細胞要真正的向前移動,還需要把細胞最後面的黏著斑解開。解開黏著斑的同時,新的偽足也在形成,細胞遷移新一輪的動作循環又開始了。


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玻璃表面的細胞遷移 30倍真實速度

Julie A. Theriot (2011)


原始生殖細胞就是這樣一步步走向性腺,到達後不久,它們就開啟新的使命,成為了生殖細胞。在未來的日子裡,它們會發育成精細胞或者卵細胞,並在某次不可描述的事情後,精子、卵子合體,才變成完整的你。


但有時原始生殖細胞也會走錯路,沒能達到性腺,也就不會有後來曲折的故事,只能泯然眾人矣,成為一個平平無奇的體細胞。


大多情況下遷徙中的細胞是不會迷路的。指明方向的,有時候是細胞外某種物種的濃度,細胞會向著一個濃度梯度的一側前進;有時候是一些路標分子,很多時候細胞伸出偽足就是在周圍試探,找到路標分子才會前進,以此保證不會迷路。


除了胚胎時期,細胞遷移也不時在我們體內發生。


當我們身體受損傷,修復機制會立馬啟動,周圍的細胞就會增生並遷移到傷口位置。如果損傷還伴有炎症,就需要更復雜的工程了。


這時身體會先清障修路,肉芽組織會先增生,並溶解吸收壞死組織和異物,完成清障;同時肉芽組織會填補空缺,其中含有毛細血管,血管內皮細胞遷移到受損部位修建新的血管,這就是高速公路。


另一邊的白細胞已經嗅到了細菌的味道,跟著特殊分子的濃度,在血管高速公路中直奔而來,然後穿過血管壁,遷移到炎症的事故現場,開始清理。從血管遷移到事故現場,用時大概2-12分鐘,要比全程細胞遷移節省不少時間。


所以那句老話說的還挺有道理,不論你是不想宅著,還是想要長征——


宅不住?其實在你爸媽出生前,你就進行過一次長征


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