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30年前，研究人員在土壤變形蟲盤狀變形蟲中shou次觀察到，細(xì)胞皮層中的肌動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)可以形成動(dòng)態(tài)的波浪狀圖案1,2。隨后，越來越多的其他類型的細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了肌動(dòng)蛋白波，包括中性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、T 細(xì)胞、神經(jīng)元、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和角膜細(xì)胞1,3,4。

雖然肌動(dòng)蛋白波在形態(tài)、傳播速度和生化成分上存在很大差異3（圖1），但它們可以被廣泛地定義為“在肌動(dòng)蛋白皮層中以波狀方式傳播的絲狀肌動(dòng)蛋白密度增加的微米級(jí)細(xì)胞骨架區(qū)域"1。早期的許多研究工作都在探討肌動(dòng)蛋白在細(xì)胞遷移和分裂中的作用1，但現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)了肌動(dòng)蛋白更廣泛的功能作用。本文我們將回顧自最初發(fā)現(xiàn)肌動(dòng)蛋白波以來，我們對(duì)肌動(dòng)蛋白波的認(rèn)識(shí)是如何發(fā)展的，并重點(diǎn)介紹近期的重要發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)表明肌動(dòng)蛋白波在多細(xì)胞范圍內(nèi)發(fā)揮著重要的生物學(xué)作用。

圖1：在培養(yǎng)的人主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中觀察到的不同肌動(dòng)蛋白波型的示意圖（Riedl M. et al Nat Commun. 2023; ref. 4）

1．肌動(dòng)蛋白波的自發(fā)產(chǎn)生

早期的一個(gè)關(guān)鍵問題涉及肌動(dòng)蛋白波的起源，通過應(yīng)用其它波動(dòng)現(xiàn)象的理論原理，證明了細(xì)胞肌動(dòng)蛋白皮層具有可激發(fā)介質(zhì)的特性5-7。這些系統(tǒng)能夠自發(fā)產(chǎn)生波，就細(xì)胞皮層而言，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)(即激活閾值)取決于肌動(dòng)蛋白核聚體的時(shí)空分布和F-肌動(dòng)蛋白組裝速率之間的平衡。當(dāng)局部核聚體濃度超過一定閾值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生肌動(dòng)蛋白波8。F-肌動(dòng)蛋白和肌動(dòng)蛋白核聚體之間的負(fù)反饋完成了典型的應(yīng)激系統(tǒng)的激活-抑制動(dòng)力學(xué)7,9。因此，產(chǎn)生和傳播肌動(dòng)蛋白波的能力是肌動(dòng)蛋白皮層作為“主動(dòng)適應(yīng)材料"的固有特征10。

2．肌動(dòng)蛋白波引導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)

在自適應(yīng)可激發(fā)介質(zhì)中，外部擾動(dòng)可以引起波的形成。早期的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是纖毛膜中由壓力誘導(dǎo)的后向肌動(dòng)蛋白波，這種波將α-肌動(dòng)蛋白和MYLK信號(hào)復(fù)合物從纖毛膜頂端輸送到基部，以控制收縮/伸展周期11。還有研究表明，波形調(diào)節(jié)復(fù)合體在中性粒細(xì)胞HL-60中產(chǎn)生的肌動(dòng)蛋白波，實(shí)驗(yàn)觀察與理論研究中發(fā)展的自激活和延遲抑制（由于F-肌動(dòng)蛋白的緩慢擴(kuò)散）模型一致12，作者認(rèn)為細(xì)胞趨化運(yùn)動(dòng)依賴于多個(gè)肌動(dòng)蛋白波的共同作用。

有研究者提出，自發(fā)的肌動(dòng)蛋白波動(dòng)力學(xué)可以解釋阿米巴樣細(xì)胞的隨機(jī)行走6,7，這一點(diǎn)在樹突狀細(xì)胞中得到了很好的證明9。樹突狀細(xì)胞在巡視組織尋找病原體時(shí)表現(xiàn)出隨機(jī)行走行為，將它的運(yùn)動(dòng)軌跡繪制出來，并可根據(jù)其固有的肌動(dòng)蛋白波動(dòng)力學(xué)建模，說明了這些細(xì)胞如何通過調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白核聚體的分布和肌動(dòng)蛋白聚合速率來自適應(yīng)地控制其遷移模式。眾suo周知，Arp2/3復(fù)合體和Ena/VASP肌動(dòng)蛋白核聚體對(duì)樹突狀細(xì)胞的正常運(yùn)動(dòng)非常重要9,13。

3．調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白動(dòng)力學(xué)的其他應(yīng)激網(wǎng)絡(luò)

對(duì)肌動(dòng)蛋白波的研究也揭示了相關(guān)信號(hào)分子的脈沖行為，這些分子表現(xiàn)出應(yīng)激的動(dòng)力學(xué)10,14。例如，在卵母細(xì)胞和胚胎細(xì)胞中進(jìn)行細(xì)胞分裂時(shí)，Rho 活性波在肌動(dòng)蛋白波之前傳播15。小GTP酶（如RhoA）由于其活性的自催化傳播，可以充當(dāng)應(yīng)激的快速擴(kuò)散激活劑16。與肌動(dòng)蛋白波類似，延遲來自 F-肌動(dòng)蛋白介導(dǎo)的對(duì)波后對(duì) Rho 活性抑制的負(fù)反饋，從而導(dǎo)致觀察到波動(dòng)模式15。因此，應(yīng)激的激活-抑制特性對(duì)Rho活性影響也是明顯的。

在線蟲胚胎中可以觀察到一種相關(guān)的機(jī)制，其中延遲的負(fù)反饋來自兩個(gè)Rho GAP（RGA-3/4），它們被F-肌動(dòng)蛋白招募以消除前導(dǎo)Rho波后的小GTP酶活性10,17。其他研究結(jié)果表明，Ras活性進(jìn)一步微調(diào)了肌動(dòng)蛋白波的動(dòng)力學(xué)，相對(duì)較小的變化就足以引起波的大小、速度和射速的巨大變化18。

綜上所述，研究人員提出了一個(gè)新概念——du特的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)應(yīng)激網(wǎng)絡(luò)(STEN)，它可以感知化學(xué)信息，與細(xì)胞骨架應(yīng)激網(wǎng)絡(luò)(CEN)對(duì)物理線索的感知類似，CEN完quan依賴于肌球蛋白皮層作為應(yīng)激的固有屬性14。在接觸類膠原納米脊的細(xì)胞中，STEN和CEN衍生的波被限制在不同的區(qū)域，CEN波更有可能直接沿著脊線發(fā)起19。因此，STEN和CEN應(yīng)激系統(tǒng)之間的串?dāng)_被認(rèn)為是整合不同環(huán)境信號(hào)以正確引導(dǎo)細(xì)胞遷移的關(guān)鍵。

4．肌動(dòng)蛋白波的新功能

為了支持上述觀點(diǎn)，已證實(shí) CEN 和 STEN 系統(tǒng)都能感知電場(chǎng)。值得注意的是，皮膚傷口會(huì)迅速激發(fā)強(qiáng)大的生物電場(chǎng)，在傷口修復(fù)過程中提供重要的細(xì)胞引導(dǎo)信號(hào)20，并隨著傷口的愈合過程而逐漸減弱21。細(xì)胞在電場(chǎng)中的定向遷移是再生和發(fā)育以及傷口愈合中的一個(gè)重要現(xiàn)象22。

在盤狀芽孢桿菌細(xì)胞中，可以看到電場(chǎng)極化肌動(dòng)蛋白波核并引導(dǎo)波的傳播，從而介導(dǎo)趨電性22。雖然這些電場(chǎng)在全局范圍內(nèi)引導(dǎo)肌動(dòng)蛋白波，但即使改變場(chǎng)的方向，納米脊仍能誘導(dǎo)局部的肌動(dòng)蛋白波（通過 CEN 系統(tǒng)）跟隨脊，這意味著可應(yīng)激系統(tǒng)的局部和全局調(diào)節(jié)都以互補(bǔ)的方式發(fā)揮作用，可以通過肌動(dòng)蛋白動(dòng)力學(xué)的變化來解釋多個(gè)指導(dǎo)信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)23。

實(shí)際上，肌動(dòng)蛋白絲作為“生物電線"的特性早在30年前就已被發(fā)現(xiàn)了24，而且已經(jīng)證實(shí)肌動(dòng)蛋白絲會(huì)根據(jù)電場(chǎng)定向排列25。由于內(nèi)源性生物電網(wǎng)絡(luò)正逐漸成為細(xì)胞發(fā)育和再生過程中模式控制的一個(gè)自主層26，生物電引導(dǎo)的肌動(dòng)蛋白波似乎有可能在形態(tài)發(fā)生（包括傷口修復(fù)）過程中作為細(xì)胞組織的基礎(chǔ)，以響應(yīng)支配生物模式形成的電信號(hào)。

另一方面，眾suo周知，即使在常氧條件下，癌細(xì)胞也會(huì)上調(diào)糖酵解（稱為沃伯格效應(yīng)）。新的研究結(jié)果顯示，糖酵解酶被募集到細(xì)胞皮層，并與肌動(dòng)蛋白波共定位27，這表明癌細(xì)胞可以利用糖酵解快速產(chǎn)生局部 ATP，從而皮層產(chǎn)生的直接能量驅(qū)動(dòng)遷移28。雖然之前的研究已將糖酵解作為癌細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的一種能量來源29,30，但糖酵解與肌動(dòng)蛋白波的功能性關(guān)聯(lián)為沃伯格效應(yīng)提供了新的機(jī)理認(rèn)識(shí)。與未轉(zhuǎn)化的細(xì)胞相比，癌細(xì)胞表現(xiàn)出更高的糖酵解和肌動(dòng)蛋白波活性，并且隨著轉(zhuǎn)移指數(shù)的增加而逐漸增強(qiáng)27。

5．新的發(fā)展和展望

在最近的一項(xiàng)研究中，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞群中肌動(dòng)蛋白波的同步性和集體運(yùn)動(dòng)4。與在其他細(xì)胞類型中觀察到的一致，人主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白波的成核頻率與遷移速度相關(guān)，但與離體的細(xì)胞在低密度下的運(yùn)動(dòng)方式不同。在細(xì)胞匯合時(shí)，可觀察到連貫的集體運(yùn)動(dòng)，這可能與肌動(dòng)蛋白波的成核頻率同步有關(guān)。作者將此稱為“頻率鎖定"，以實(shí)現(xiàn)有序的集體運(yùn)動(dòng)，推導(dǎo)出相關(guān)的耦合機(jī)制將是未來研究的一個(gè)引人入勝的方向。

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