細胞有長途導航能力

生物學

2020-12-01 威靈漢（Emily Willingham）

變形蟲和癌細胞會追蹤化學濃度，走出複雜路徑！

有些細胞會進行奇妙的旅程——有時甚至橫貫生物體內全身。它們靠著趨化性（chemotaxis）導航，也就是依據特定化學物質的濃度變化找到目標區域。然而一旦距離拉長了，濃度梯度就會逐漸消失，因此科學家納悶，細胞究竟如何長途跋涉，越過化學物質的山谷。如果能了解這個過程，未來研究人員也許更能預測癌細胞如何擴散全身，或解釋發育胚胎中的細胞如何抵達正確位置。

今年在《科學》期刊發表的一篇論文中，研究人員利用迷你迷宮說明兩種生物（泥生阿米巴原蟲和小鼠癌細胞株）如何完成看似不可能的旅程。這些細胞不是整條路上都沿著已經存在的化學濃度梯度移動，而是自己創造化學濃度梯度：它們會追蹤特定化學物質，一遇到就分解，於是前方的化學濃度就會比較高、後方則較低。這就像一邊走迷宮一邊蒐集細繩，或像電玩小精靈一樣，一路吃著小圓點。細胞也會在身後留下化學物質濃度較低的路徑，於是細胞便能保留路線，遵循前方導引。

研究人員已知特定細胞會一邊移動一邊製造自己的化學濃度梯度，但並不清楚這項策略對細胞在體內長程移動的效果。這項新研究顯示哺乳動物細胞株和阿米巴原蟲都可用這種方法穿過迷宮，可見這可能是細胞長途旅行的主要策略。

英國蘇格蘭比特森癌症研究所的研究員特維迪（Luke Tweedy）和同事推論，細胞沿著迂迴的途徑穿過生物體內複雜的地形，過程可能很像穿越真正的迷宮。他們為了研究細胞尋路的機制，選擇以阿米巴原蟲家族的盤基網柄菌（Dictyostelium discoideum, Dicty）和小鼠胰腺癌細胞為主要研究對象。Dicty細胞已知會利用化學濃度梯度進行長途旅行，就如特維迪所形容，它們「具有化學趨向性的非凡本領」。

Dicty細胞不負眾望只花了一小時，就解決了以化學誘導物質佈建的迷宮，而小鼠癌細胞則花了好幾天才完成。但兩者最後都通過了迷宮。研究人員以好幾個迷宮測試，有些迷宮有長短不一的死路以及各種分岔路口。當細胞面對死路或真正路徑的抉擇時，一些探路的細胞會分解所有積在死胡同的化學誘導物質；其他細胞於是轉而前往其他仍有誘導分子存在的分岔路口。

這兩種細胞都運用了這種策略，顯示不同細胞具有相同的長程導航模式。未參與這項研究的德國漢堡－埃本多夫大學醫療中心生化學家塞茲（Pablo Saez）評論：「這項結果非常有趣，也顯示自製化學濃度梯度是細胞長途移動時通用的導航機制。」他又說，這項結果的重點在於，我們也許可以運用其他技術例如以數學模式，預測細胞行為，並以迷宮驗證......