心臟細胞靠“快速相親”找到“良緣”

　　在日常生活中，穿衣時紐扣“走錯門”常常會惹人發笑。在發育中的心臟里，細胞會相互穿梭、碰撞，來找到自己的位置，一旦與錯誤的細胞配對，可能會導致心臟跳動出現異常等問題。

　　英國華威大學的科學家揭示了心臟細胞相互匹配的方式，他們對這些細胞的復雜運動進行了建模，并預測了基因變異如何干擾果蠅心臟的發育過程。相關研究3月13日發表于《生物物理雜志》。

　　在人類和果蠅中，心臟組織源自胚胎的兩個不同區域，這兩個區域一開始相距較遠。隨著不斷發育，細胞開始向彼此移動，最終合并成管狀結構，進而形成心臟。為了使心臟正確發育，這些細胞必須精準地排列并配對。

　　“當細胞聚集在一起時，它們會搖擺并進行調整，最終總能與同類型的細胞配對。”論文通訊作者、英國華威大學的Timothy Saunders說，這一現象促使研究團隊探索細胞最初是如何配對的，以及它們如何知道找到了合適的對象。

　　正在發育的心臟細胞有類似觸手的突起，被稱為“絲狀偽足”，它們可以找到和抓住潛在的配對對象。Saunders之前的研究發現，蛋白質會產生波浪將不匹配的細胞“趕走”，以便重新找到合適的“對象”。

　　“細胞的配對過程就像‘快速相親’。”Saunders說，“它們只有幾秒鐘的時間來確定是否是‘良緣’，與此同時，蛋白質分子‘朋友’已經準備好，一旦它們不兼容，就會把它們拉開。”

　　研究人員發現，心臟細胞會追求一種盡可能接近靜止狀態的穩定性，類似于一個滾動的球最終會停下來，在物理學中，這種情況被稱為能量平衡。在發育中的心肌細胞中，這一原理體現在細胞會在連接力與應對應變的能力（即黏附能與彈性）之間找到平衡。基于這一觀察，研究團隊開發了一個模型，展示了細胞如何自我組織。

　　接下來，研究團隊在具有突變和錯位心臟細胞的果蠅上測試了他們的模型。通過計算不同類型細胞之間的黏附能并評估組織的彈性，該模型預測了細胞將如何配對和重新排列。

　　“雖然這種情況很少見，但有時心臟管會有一側只有1個細胞（實際應該有2個），或者在該有4個細胞的時候有2個。”Saunders說，“我們可以在模型中輸入這些缺陷，然后運行。”該模型的產出結果與在真實胚胎中觀察到的情況非常相似。

　　研究團隊指出，該模型不僅加深了我們對心臟發育過程中細胞如何匹配和對齊的理解，還具有更廣泛的應用價值。類似的細胞匹配過程在神經元連接、傷口修復和面部發育中至關重要，這些過程出現問題，可能導致唇裂等疾病的發生。

　　“本質上，我們正在為生物過程賦予數值，以解釋我們所觀察到的現象。”Saunders補充道。