在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)加州理工學(xué)院（Caltech）的研究人員發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞用來(lái)彼此之間進(jìn)行通信的分子密碼。這種“語(yǔ)言”被認(rèn)為在許多類型的細(xì)胞通信中是常見(jiàn)的，而且對(duì)設(shè)計(jì)未來(lái)的療法產(chǎn)生影響。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年9月7日的Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Combinatorial Signal Perception in the BMP Pathway”。論文通信作者為Caltech生物學(xué)與生物工程教授、霍華德-休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員Michael Elowitz。

圖片來(lái)自Caltech。

正如人類使用字母和文字來(lái)創(chuàng)造信息，細(xì)胞釋放被稱作配體的分子到環(huán)境中，從而將信息（如分化或增值的指令）發(fā)送給它們的周圍細(xì)胞。這些配體與其他細(xì)胞的表面上的受體結(jié)合，這些受體理解這種信息，并且觸發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)，從而將它接力傳遞給細(xì)胞內(nèi)部的正確分子。

這些研究人員研究了一種主要的通信通道，即骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein, BMP）通路。該通路幾乎在所有組織中運(yùn)行，是癌癥療法的一種靶標(biāo)。這種通路在不同的組合中使用許多不同的配體和受體。奇怪的是，BMP通路中的這些配體和受體以許多不同的方式中相互混合并相互匹配，而且似乎是毫無(wú)頭緒的。

Elowitz說(shuō)，“人們可能認(rèn)為每種配體僅與一種受體配對(duì)，但情況并非如此。相反，所有的這些配體不加區(qū)分地與所有的這些受體相互作用。這看起來(lái)一團(tuán)糟，與人們?cè)O(shè)計(jì)通信系統(tǒng)讓每個(gè)通信通道保持獨(dú)立的方式完全不同。因此我們想知道為何細(xì)胞會(huì)以這種方式進(jìn)行通信。”

為了弄清楚分子不加區(qū)分地相互作用帶來(lái)哪些益處，Elowitz團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建出不同的BMP配體混合物，并將它們添加到某些細(xì)胞---來(lái)自小鼠的乳腺細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞和被稱作成纖維細(xì)胞的結(jié)締組織細(xì)胞---中。他們吃驚地發(fā)現(xiàn)細(xì)胞利用配體的組合而不是利用單個(gè)配體本身，解碼信息。

論文第一作者、Caltech生物學(xué)與生物工程博士后研究員Yaron Antebi說(shuō)，“有一天，我來(lái)到實(shí)驗(yàn)室，將兩種配體混合在一起，其中這兩種配體各自都能很強(qiáng)地激活細(xì)胞。但是第二天，當(dāng)我們檢測(cè)這些細(xì)胞時(shí)，它們根本沒(méi)有作出反應(yīng)。這使我們提出了這樣的一種理論：細(xì)胞并不傾聽(tīng)單個(gè)配體，而是傾聽(tīng)配體的組合。配體的組合才有意義。不同的配體組合編碼著細(xì)胞的不同指令。”

Elowitz團(tuán)隊(duì)也觀察到不同類型的細(xì)胞能夠通過(guò)執(zhí)行不同的計(jì)算從相同的配體組合中提取出不同的信息---一種細(xì)胞可能加入兩種配體的濃度來(lái)接收一種消息，而另一種細(xì)胞可能測(cè)量這兩種配體的比值來(lái)解碼另一種信息。論文共同作者、Elowitz實(shí)驗(yàn)室研究員James Linton說(shuō)，“我們驚奇地發(fā)現(xiàn)不僅一種信息編碼在這些配體中，而且不同的細(xì)胞能夠利用這些相同的配體分子提取出不同的信息，如增殖或分化的指令。”

Elowitz團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這種利用相同的配體分子編碼多種信息的能力是因?yàn)椴煌愋偷募?xì)胞在它們的表面上表達(dá)不同的受體組合。

這種通信系統(tǒng)（即BMP通路）的一種特征是細(xì)胞能夠?qū)⑿畔l(fā)送給特定的細(xì)胞類型。Elowitz說(shuō)，“這就像在一個(gè)擁擠的房間里，每個(gè)人都在說(shuō)話，有人想要引起你的注意，喊你的名字。其他人可能會(huì)自動(dòng)忽略它，但你會(huì)注意，因?yàn)槟闶沁@種信息的目標(biāo)。”

Antebi補(bǔ)充道，“這種交流的選擇性是非常有用的?？梢韵胂笠幌拢绻愎钦哿?，那么你只需讓損傷區(qū)域中的骨細(xì)胞增殖并重建這種損傷區(qū)域，而不是讓周圍的所有細(xì)胞都增殖。”

這些發(fā)現(xiàn)為理解信息如何在分子之間傳遞提供了基礎(chǔ)。盡管這項(xiàng)研究還處于早期階段，但是更好地理解細(xì)胞通信可能會(huì)導(dǎo)致人們開(kāi)發(fā)出靶向腫瘤或特定細(xì)胞類型但不會(huì)影響任何其他細(xì)胞的生物藥物。

原標(biāo)題：Cell：重磅！深刻揭示細(xì)胞通信語(yǔ)言