宅不住?其实在你爸妈出生前,你就进行过一次长征

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撰文 | 犀牛

父母出身前,你当然还没有合体,也不是精子和卵子,而是他们体内一些比精卵更原始的细胞,叫原始生殖细胞(Primordial Germ Cells),它们一个个散落在你父母体内的众多细胞之间,通过细胞迁移(Cell migration)这种方式移动,开始了一场大迁徙,那些细胞犹如在拥挤的人群中缓慢穿行……


故事要从你的奶奶(姥姥)怀孕不久说起。那时你父亲(母亲)在子宫里刚刚度过约24天,也才刚刚发育。当时还是散装的“你”——原始生殖细胞,就已经闲不住了。这些细胞也刚出现不久,散落在胚胎内的某片区域。但这些细胞所在的位置,并不是以后要孕育你的位置,所以要达到那里。


宅不住?其实在你爸妈出生前,你就进行过一次长征


第5周的胚胎(怀孕约7周)图片| embryology.ch


上面两张图所示,就是这些细胞的迁移路线。从2处出发时,原始生殖细胞还是青涩的一小队细胞,在迁移过程中,它们不断地蜕变,并壮大队伍,最终到达5处的位置落地生根,那里是原始的性腺。

在胚胎进入第6周后,这些细胞的迁移基本完成,这时它们变得更像后来的生殖细胞,而且成为了一支数量可观的大部队。拿小鼠来说,原始生殖细胞开始迁移时,大约只有100个,等到迁移完成,已经增殖到4000个左右了。


当时的胚胎很小,第5周胚胎大约9毫米,第6周胚胎大约13毫米,再看看上面图中的比例,原始生殖细胞的迁移路线是肉眼可见的短,但对它们来却是真的长征路,要花几天才能完成迁移。


因为细胞迁移这种移动方式非常缓慢,有些类型的细胞每分钟只能移动1微米。相比之下,如果精子以平均速度游过上面的迁移路线,也就是一两分钟的事情。


细胞迁移之所以缓慢,是因为没有血液这样的高速公路可用,细胞只能徒步穿越层层细胞。它们真的是用脚走路,就像这样:


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@Alexandre Saez


这就是细胞迁移过程的四个步骤:伸脚、抓地、前移、收腿。这4个动作做下来,可能30多秒就过去了。虽然外面看起来慢吞吞,不过在细胞里面就是另一番景象了。我们来一组蒙太奇看看:


细胞外:准备缓慢伸脚~i~n~g


同时的细胞内


“接到命令!肌动蛋白到前方集合,开始组装微丝!马上行动!”


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红色颗粒为肌动蛋白,组成的长条为微丝,微丝只有一端在组装


“首批微丝组装即将完工,侧面的下一组开始!”


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微丝延伸到一定程度后,在其侧面会启动新的微丝组装


“下一组,快快快!这不是演习,重复,这不是演习,gogogo!”

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“同时调整队形!后面的肌动蛋白解散!”


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上图此时对应的细胞外:细胞膜凸起了一些,大概只有其直径的1%,如果把细胞看成一个圆,那凸起的效果和下面圆右上角的黑点差不多。(这是按照上图中微丝的结构和肌动蛋白的个数计算的,并不代表伸脚的过程完成。)

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仔细看


随着肌动蛋白的不懈努力,细胞最终成功顶出了脚,因为是临时形成的,所以就被称为伪足。大家熟知的变形虫(阿米巴原虫)就是通过伸出伪足来运动和进食的。


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变形虫吞噬硅藻(细梭形的物体) | Deuterostome


还有一类理论认为伪足不是被顶出来的,是被鞭打出来的:微丝如果死死顶住细胞膜,那新的肌动蛋白就结合不上去了,但热能会促使微丝弯曲,这样肌动蛋白就能组装上去了。微丝就像被掰弯的钢条,会弹回原来笔直的形状,那时微丝就鞭打在了细胞膜上。这样的微丝多了,细胞膜就形成了凸起。


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伸出的伪足可以分为两类,一类是丝状伪足,由一根或者成束的几根微丝顶出来,比较尖,这样的伪足主要是试探周围的信号,找到自己的落脚点;还有一类是片状伪足,由一团横七竖八的微丝顶出来,主要推动细胞向前进。


伪足找到落脚点之后,就会形成黏着斑,和细胞外的一点粘在一起。其实是伪足里面的微丝通过黏着斑和胞外特定位点结合。黏着斑就是细胞前进的着力点,微丝一头抓着黏着斑,另一头产生收缩力把细胞的“屁股”向前拉,落后的胞体便向前移动了。


其中收缩力的产生还有一功臣,就是在微丝上行走的肌球蛋白,它可以一头在微丝上行走,另一头抓着其他分子,既可以运货,也能产生力。我们的肌肉也是由它们这对组合完成收缩的。


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上为肌动蛋白组成的细肌丝,下为肌球蛋白组成的粗肌丝

肌肉收缩 | Alila Medical Media


像这样有专用轨道的搬运工,在细胞里还有更出名的,就是在微管上行走的动力蛋白,它比肌球蛋白还要强壮。

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动力蛋白误送病毒 | Discovery & YYeTs

和微管一比,微丝就像钢丝。钢丝达人肌球蛋白在钢丝上操作,使得细胞的屁股往回收了收。但细胞要真正的向前移动,还需要把细胞最后面的黏着斑解开。解开黏着斑的同时,新的伪足也在形成,细胞迁移新一轮的动作循环又开始了。


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玻璃表面的细胞迁移 30倍真实速度

Julie A. Theriot (2011)


原始生殖细胞就是这样一步步走向性腺,到达后不久,它们就开启新的使命,成为了生殖细胞。在未来的日子里,它们会发育成精细胞或者卵细胞,并在某次不可描述的事情后,精子、卵子合体,才变成完整的你。


但有时原始生殖细胞也会走错路,没能达到性腺,也就不会有后来曲折的故事,只能泯然众人矣,成为一个平平无奇的体细胞。


大多情况下迁徙中的细胞是不会迷路的。指明方向的,有时候是细胞外某种物种的浓度,细胞会向着一个浓度梯度的一侧前进;有时候是一些路标分子,很多时候细胞伸出伪足就是在周围试探,找到路标分子才会前进,以此保证不会迷路。


除了胚胎时期,细胞迁移也不时在我们体内发生。


当我们身体受损伤,修复机制会立马启动,周围的细胞就会增生并迁移到伤口位置。如果损伤还伴有炎症,就需要更复杂的工程了。


这时身体会先清障修路,肉芽组织会先增生,并溶解吸收坏死组织和异物,完成清障;同时肉芽组织会填补空缺,其中含有毛细血管,血管内皮细胞迁移到受损部位修建新的血管,这就是高速公路。


另一边的白细胞已经嗅到了细菌的味道,跟着特殊分子的浓度,在血管高速公路中直奔而来,然后穿过血管壁,迁移到炎症的事故现场,开始清理。从血管迁移到事故现场,用时大概2-12分钟,要比全程细胞迁移节省不少时间。


所以那句老话说的还挺有道理,不论你是不想宅着,还是想要长征——


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