在高中生物課上，我們應該都學過質壁分離的現象，當植物細胞面對外部環境壓力，例如處於高鹽或者高糖的溶液中時會選擇脫水，此時細胞體積縮小，我們便能觀察到細胞膜與細胞壁分離的情景。

這種變化同樣存在於動物細胞中，類似條件下，動物細胞會脫水變小，形成褶皺狀。其實身體內部，

尤其是腎臟細胞

也會經常經歷鹽離子濃度的變化，儘管沒有實驗中那麼劇烈，但也對它們適時地調控細胞大小提出了很大要求。

那細胞究竟是如何應對變化，調節和控制細胞正常大小來保證生存的呢？

圖片來源：123RF

上世紀90年代，科學家認為

細胞可能可以監控內部的蛋白濃度，從而知道內部有多“擁擠”

，當檢測到不擁擠時，細胞便不再變化。後來的一系列實驗證明，一種特殊的無賴氨酸激酶（With-No-Lysine kinases，WNK）被發現或許可以逆轉細胞縮小的體積，但具體是如何操控這一變化的大家並不清楚。

《細胞》最近的研究終於揭示了細胞的這神奇一面，細胞大小的恢復的確與WNK離不開關係。在理解這一過程之前，我們首先要重新想象一下細胞內部的圖景。

我們應該都知道細胞內部會含有各種各樣的物質，最基本的包括水和無機離子，此外還有脂質、糖、氨基酸等細胞所需的營養分子，大分子則有蛋白質、RNA和多糖。

這些細胞質基質很容易被認為是均勻地分佈在細胞內部的，就好像沖泡咖啡一樣都混勻了。但實際上，細胞內部充斥的是一些小的液滴狀結構和蛋白質小簇。當外部壓力來臨，細胞體積縮小時，

這些小的液滴便會融合形成大的液滴。

▲WNK參與的相分離過程可以幫助細胞控制大小

（圖片來源：參考資料［2］）

卡內基梅隆大學的Daniel Shiwarski博士和妻子Cary Boyd-Shiwarski博士在顯微鏡下就意外觀察到了這一奇特現象，他們當時在進行細胞觀察，但是突發奇想加入鹽溶液後，細胞內部小的熒光點迅速轉變成了一個大的熒光團。

▲影片中，細胞在接觸鹽溶液後，WNK（綠色）會匯聚形成視野中更大的熒光團，此舉可以幫助細胞運輸水和離子

（影片來源：BOYD-SHIWARSKI， ET AL。， CELL （2022）。）

這些熒光團就是融合的大液滴，而他們當時用熒光所標記的就是WNK。正常情況下，WNK會分佈在各處，而一旦處於鹽溶液當中，WNK就會聚集到一起。

研究者將這種變化稱作

相分離

（phase separation），這一過程中，

WNK在匯聚的同時還會攜帶著大量啟用細胞轉運的分子

，當它們同時聚集時，會允許細胞開啟通道將離子和水運輸到內部，從而恢復細胞的體積。

▲細胞的大小變化與WNK具有聯絡

（圖片來源：參考資料［2］）

“有許多人認為相分離和生理過程並不相關，他們覺得這或許是過度表達蛋白的異常結果，”Boyd-Shiwarski博士表示，但經過6年的實驗，他們確認這是會在正常、健康的細胞中發生的。

WNK的這種相分離對維護細胞正常功能也很重要，

比如腎小管細胞中鉀離子過低的時候，WNK又可以聚集促成鉀離子的轉運。

因此

，

除了恢復細胞大小，WNK可能還能作為鹽離子的把關工具之一。

研究者指出，這些發現可能在未來推動我們瞭解高血壓、鉀離子失衡異常等各種疾病機制，幫助預防和治療這些疾病，造福更多患者。

參考資料：

［1］ Crowded rooms： How Pitt and Carnegie Mellon researchers solved a decades-old mystery。 Retrieved November 2， 2022 from https：//www。eurekalert。org/news-releases/969712

［2］ WNK kinases sense molecular crowding and rescue cell volume via phase separation。 Cell （2022）。 DOI： 10。1016/j。cell。2022。09。042

釋出於：上海