出品：科普中國 制作：張銀聰 監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心 慵懶的周末午后，當(dāng)你躺在沙發(fā)上休息時，你身體內(nèi)的每一個細胞都在工作。 達到當(dāng)天最大量API KEY 超過次數(shù)限制它們有的在吞吃垃圾，有的在搬運東西——細胞在幫忙修復(fù)你一周的疲憊。而這些修復(fù)方式看上去顯得很悠閑，細胞們在伸懶腰，在散步，在蛙泳，在劃船……

其實，這就是細胞的遷移運動，這些運動的方式是如此令人著迷。它們對許多生物學(xué)功能至關(guān)重要，在傷口愈合、腫瘤轉(zhuǎn)移、免疫反應(yīng)等生理現(xiàn)象中，也是必不可少的。比如當(dāng)你不小心在手上劃開一道口子后，部分皮膚細胞會遷移到傷口進行增殖再生，附近的免疫細胞也會跑過來幫助傷口閉合[1]。

令人們“談癌色變”的惡性腫瘤，也是因為腫瘤細胞增殖后，沿著血管和淋巴轉(zhuǎn)移到其它器官組織，從而引起全身多處腫瘤，才如此難以治療。而免疫細胞像警衛(wèi)一樣在身體各處游走巡邏，能精確找到腫瘤并清除，這也是免疫治療越來越受重視的原因[2]。

△數(shù)個免疫細胞（藍色）向腫瘤細胞（黃色）移動并試圖清除腫瘤

（圖片來源：）

什么是細胞運動？就像是伸個懶腰，散個步

數(shù)億年來，細胞進化出了形形色色的運動方式。草履蟲擺動周身的纖毛在水中自由沉浮，衣藻晃動兩根長長的鞭毛在清澈的湖水中搖擺，精子像小蝌蚪一樣在體液中游行。雖然哺乳動物的體細胞既沒有動纖毛，也沒有長鞭毛，但是它們可以隨液體漂流，也可以通過改變細胞形狀來完成遷移運動。

△通過周身纖毛進行細胞運動的草履蟲

（圖片來源：veer圖庫）

△動圖1:

通過周身纖毛進行細胞運動的草履蟲

（圖片來源：YouTube）

沒有鞭毛輔助運動，細胞走得很慢很悠閑。一旦感受到某些刺激后（這些刺激可能是物質(zhì)濃度梯度變化，也可能是遷移信號），它們就會慢慢地向前伸出突觸或偽足，就像伸了個懶腰。伸出的偽足與細胞前方相粘著，慢慢牽拉著整個胞體向前移動。

△細胞伸出偽足就像伸了個懶腰（圖片來源：de和www.ucxinwen.com）

以樹突狀細胞的遷移運動為例，樹突狀細胞是一類強大的多功能抗原呈遞細胞，它們長有很多偽足。這種細胞的遷移能力在維持免疫監(jiān)視和組織穩(wěn)態(tài)中都起著重要作用。

平時樹突狀細胞的祖細胞在皮膚、粘膜表面和人體大多數(shù)器官中聚積，產(chǎn)生不成熟的一類樹突細胞。這些細胞顯示出動態(tài)星狀擴展，有效地形成了致密的細胞網(wǎng)絡(luò)，充當(dāng)著免疫系統(tǒng)的前哨。一旦有病原體（異物、細菌、增殖異常的癌細胞等）入侵，這些細胞附近的某一趨化因子將集體升高，形成一個濃度梯度，召集遠處更多的成熟樹突狀細胞遷移進入附近淋巴管系統(tǒng)，并將病原體信息傳遞給免疫T細胞。而T細胞到達病灶的速度會快很多，它們沿著血管壁滾動，最終清除病原體[3, 4]。

△當(dāng)你受傷休息時，樹突狀細胞遷移至淋巴管啟動免疫反應(yīng)

（圖片修改自）

如果說精子的游動是百米沖刺，那么其它大多數(shù)細胞的移動就是蝸牛爬行，或者像播放視頻時按下了慢速鍵。然而，正是這樣緩慢的細胞遷移運動，幫助完成了一個又一個生命奇跡。比如在胚胎發(fā)育過程中，神經(jīng)元前體細胞向前移動、切換方向或更改其遷移方式以到達最終位置，這個過程往往需要幾個小時或幾天才能完成。神經(jīng)元的遷移賦予了我們可以思考萬物的大腦，也讓我們可以盡情享受美好時光。

是什么力量在指引細胞運動？

細胞運動并不是在漫無目的地散步，它們的每一次移動都有特定的任務(wù)。

就像動物會被特殊的氣味吸引或遠離厭惡的氣味，細胞也會被特殊的物質(zhì)吸引或排斥。細胞外的化學(xué)信號（比如身體疲憊后積累的各種垃圾物質(zhì)）可以引發(fā)細胞的定向移動，這時的細胞就像被下達了定向越野的任務(wù)?；瘜W(xué)信號物質(zhì)與細胞膜表面的受體結(jié)合后，會改變細胞內(nèi)的肌動蛋白活性，從而改變細胞骨架的形態(tài)。細胞骨架就像動物的手和腳，控制著細胞的運動方式。

△化學(xué)信號物質(zhì)與細胞膜表面受體結(jié)合

（圖片來源：veer圖庫）

△動圖2:

細胞向化學(xué)濃度高的地方移動

（圖片來源：）

細胞遷移時的外形改變就像人的走路，一只腳先往前踏出，并且在地上踏實，然后上身重心前移，最后是后腳提起并向前腳靠攏，如此循環(huán)往復(fù)。

細胞在前進過程中，還會不斷地調(diào)整方向。它們并不是一直進行直線運動，而是在直線運動一小段時間后停下來，微微調(diào)整身姿后繼續(xù)向前運動，直到到達它們的目的地，清除病原體或傳遞新的信號。

△細胞遷移（圖片來源：re）

不過，細胞遷移的路程并不總是那么順利，諸多信號分子一路為細胞留下暗號，沿途不遷移的細胞也為遷移細胞提供前進信息，有的掛出“邀請”的牌子，有的放上“此路不通”的路障。

遷移過程中，細胞需要不斷伸出偽足或觸手摸索周圍的環(huán)境，找到正確的配對暗號后往正確的方向緩慢移動。如果這套機制過于活躍，細胞的遷移就會頻繁發(fā)生。

值得注意的是，癌細胞的轉(zhuǎn)移往往涉及細胞遷移。一旦癌細胞通過細胞運動遷移至其他組織并扎根生長，病情就會開始惡化。如果能及時阻止癌細胞的轉(zhuǎn)移，就可以及時阻斷病情發(fā)展，癌癥也將不再駭人聽聞。

細胞運動新方式：蛙泳？劃船？

白細胞是負責(zé)體內(nèi)免疫反應(yīng)最重要的一類細胞，它的數(shù)量異常往往提示著身體發(fā)生了炎癥，它的遷移也往往與炎癥反應(yīng)相關(guān)。如果炎癥長期積累，就會引發(fā)諸多慢性疾病，甚至癌癥。因此，研究白細胞的遷移也成了細胞生物學(xué)的熱門話題之一。

最近，人們發(fā)現(xiàn)了血液中白細胞的一種新運動方式。這種運動方式不同于“散步”，看起來更像是在水中以蛙泳模式游動，給人一種細胞像游泳者一樣變換身形的錯覺。

△動圖3（上） 動圖4（下）

白細胞游泳就像蛙泳一樣。（圖片來源：(20)30604-4?utm_source=EA和g）

然而白細胞真的是在“蛙泳”嗎？進一步的研究又發(fā)現(xiàn)，單純的“蛙泳”并不能有效地推動細胞前進。原來，這些細胞可以使用跨膜蛋白劃槳。跨膜蛋白可以跨過細胞膜，像船槳一樣突出到細胞外，被形象地稱為“分子槳”[5]。

這些跨膜蛋白與細胞內(nèi)的肌動蛋白微絲相連，肌動蛋白微絲形成細胞骨架的一部分，像引擎一樣通過收縮推動細胞移動。細胞還會將位于后部的“分子槳”封閉在細胞囊泡內(nèi)，囊泡從細胞膜上掉下來又轉(zhuǎn)移到細胞前部，從而實現(xiàn)連續(xù)的劃動。

△動圖5（上） 動圖6（下）

白細胞“劃船”

圖片來源：（(20)30604-4?utm_source=EA）

白細胞利用“分子槳”游泳的遷移方式可以使免疫細胞在充滿液體的環(huán)境中任意移動，從而全面探索體內(nèi)的所有位置，例如腫脹的身體部位、感染的膀胱、腦脊液或羊水。這對及時發(fā)現(xiàn)病灶并啟動免疫反應(yīng)無疑有著巨大幫助。雖然目前還不知道癌細胞是否也可以像白細胞一樣伸出“分子槳”來遷移，但是白細胞的這種遷移方式為細胞運動的方式提出了更多可能性。

形形色色的細胞運動默默支持著我們的生命和健康，我們也期待將來能對細胞運動的方式有更多的認(rèn)知和探索。

參考文獻：

1. Luster, A.D., R. Alon, and U.H. von Andrian, Immune cell migration in inflammation: present and future therapeutic targets.Nat Immunol, 2005. 6(12): p. 1182-90.

2. Topalian, S.L., et al., Mechanism-driven biomarkers to guide immune checkpoint blockade in cancer therapy.Nature Reviews Cancer, 2016. 16(5): p. 275-287.

3. Alvarez, D., E.H. Vollmann, and U.H. von Andrian, Mechanisms and consequences of dendritic cell migration.Immunity, 2008. 29(3): p. 325-42.

4. Bedford, J.G., et al., Unresponsiveness to inhaled antigen is governed by conventional dendritic cells and overridden during infection by monocytes.Science Immunology, 2020. 5(52): p. eabb5439.

5. Aoun, L., et al., Amoeboid Swimming Is Propelled by Molecular Paddling in Lymphocytes.Biophysical Journal, 2020. 119(6): p. 1157-1177.