摘要：△識(shí)別海報(bào)二維碼，進(jìn)入抗疫專題頁面，我們同舟共濟(jì)，打贏這場戰(zhàn)疫了解細(xì)胞，才能了解你的身體機(jī)制，甚至能提前預(yù)知疾病。從350年前發(fā)現(xiàn)細(xì)胞，包括細(xì)胞核1831年被發(fā)現(xiàn)以來，這一百多年，我們叫細(xì)胞器也就是一二十種，非常少，而劉冀瓏和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了...

△識(shí)別海報(bào)二維碼，進(jìn)入抗疫專題頁面，我們同舟共濟(jì)，打贏這場戰(zhàn)疫

了解細(xì)胞，才能了解你的身體機(jī)制，甚至能提前預(yù)知疾病。從350年前發(fā)現(xiàn)細(xì)胞，包括細(xì)胞核1831年被發(fā)現(xiàn)以來，這一百多年，我們叫細(xì)胞器也就是一二十種，非常少，而劉冀瓏和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一些新的細(xì)胞結(jié)構(gòu)——細(xì)胞蛇。

為什么細(xì)胞蛇如此重要？觀看他在@一刻talks上的分享。

*本期講者：劉冀瓏

上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副院長、教授

四年前的夏天，我在海邊散步，拍了屏幕上這張照片。我回頭看到一個(gè)木樁，木樁上有個(gè)地圖，地圖上寫著“Robert Hooke Trail”，就是羅伯特·胡克小路。

當(dāng)時(shí)很奇怪，在這個(gè)小島上為什么會(huì)有這個(gè)路標(biāo)呢？后來一查谷歌，就發(fā)現(xiàn)這是羅伯特·胡克的家鄉(xiāng)——英國的懷特島，所以我當(dāng)時(shí)很開心。

誰是羅伯特·胡克呢？學(xué)生物的同學(xué)都知道，這是個(gè)多才多藝的人。

這個(gè)畫面的就是胡克。仔細(xì)看看這個(gè)畫面，他手上拿到一支筆，因?yàn)樗r(shí)候希望成為一個(gè)畫家，他手上還拿了個(gè)彈簧，因?yàn)樗岢隽撕硕伞Ｔ谖覀兊母咧谢蛘叱踔械奈锢韺W(xué)教材里面的胡克定律就是他提出來的。

胡克定律是什么意思呢？彈簧拉的越長，力量越大，壓得越短，它力量反彈的也越大，因?yàn)樗纳炜s的長度跟它力量成正比，這就是胡克定律。

這畫面右上方有月亮的黃金山，因?yàn)楹艘仓圃炝送h(yuǎn)鏡，通過望遠(yuǎn)鏡可以看到月亮上的黃金山，看到火星的運(yùn)動(dòng)。

胡克有一個(gè)非常有名的事情，看畫面右下角，這是個(gè)復(fù)合的顯微鏡，它有兩個(gè)棱鏡。我們?nèi)庋勰芸吹降拇蟾攀穷^發(fā)絲大小的東西，但是胡克因?yàn)橛酗@微鏡，所以他能夠把身邊很小的東西，都拿到顯微鏡下看，他不但看還把它畫出來，不但畫出來，還把它描述出來。

比如針尖，我們看到針尖非常細(xì)、非常鋒利。但是他拿到顯微鏡下看了以后，發(fā)現(xiàn)這針尖實(shí)際上不是那么鋒利的，是鈍的，中間的表面還是凹凸不平的。他把它畫了出來，還用了一頁的紙把它寫出來，這是其中一個(gè)例子。

所以胡克就積累了很多小的東西，當(dāng)然有的東西實(shí)際上是你可能難以想象的。他到衛(wèi)生間，到小便池畫了一些東西，那些精品把它放在顯微鏡下然后畫下來。

所以積累了很多，最后他出了一本書。這本書的名字叫《顯微術(shù)》，總共有58張圖。因?yàn)樗泻芏嗝枋?，他的文字寫得非常?yōu)美，所以大家如果想學(xué)英式英語，我建議你可以去讀一讀這本書。

這本書是1665年出版的，出版后就引起了轟動(dòng)，因?yàn)榇蠹胰庋鄱紱]法看到那么細(xì)微的東西，但是胡克把它描述出來。

其中很有意思的是，他除了看針尖之外，也看到我們平時(shí)喝葡萄酒的軟木塞，把軟木塞拿下來，用刀片把它切開，然后在他顯微鏡下看。

他看到什么呢？看到有很多孔洞一樣的東西，他把它也描述出來。把它翻譯成中文，就說這里面有很多很小的小盒子，他用英文Cells表示。

在當(dāng)時(shí)修道院的那種小的房間，或者是監(jiān)獄里面犯人的小房間牢房，我們叫cells，但這個(gè)cells在生物里面就叫細(xì)胞。谷歌是第一個(gè)把細(xì)胞這個(gè)單詞用在生物體的。

那是1665年的354年以前，后面的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞實(shí)際上是動(dòng)物、植物，還有我們見到的微生物的基本的組成單位，是我們生命體的基本組成單位，所以細(xì)胞里面有很多有意思的東西。

胡克本人后來也是在牛津大學(xué)讀書，然后在牛津大學(xué)做老師。這是第一個(gè)故事。

目前在教科書上還沒有出現(xiàn)的一個(gè)結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)的名字叫細(xì)胞蛇。這個(gè)詞英文是源自希臘語，cell的意思是細(xì)胞，Cytoophidia是蛇的意思。這個(gè)單詞你看到的目前是復(fù)數(shù)，如果是單數(shù)的話，最后的dia要變成dium，這是單數(shù)。

在這個(gè)結(jié)構(gòu)里面，我們發(fā)現(xiàn)有個(gè)重要的酶——CTP合成酶。這個(gè)反應(yīng)式中，這個(gè)CTP叫CTP核酶或者叫CTP核脂酶，它是催化、代謝，是個(gè)非常重要的一個(gè)核苷酸。

我們身體內(nèi)DNA很長，RNA也很長，但有四種基本的核苷酸。ATP、CTP、GTP、UTP。

線粒體里面就制造ATP，ATP是提供能量的載體，身體的很多反應(yīng)是需要ATP的。每一天ATP在你身上周轉(zhuǎn)的速度是可以相當(dāng)于體重那么多?？梢韵胂笠幌?，這是個(gè)天文數(shù)量的計(jì)量。

GTP是同樣的，也是作為RNA的基本組成部分，同時(shí)它也是能量載體。所以很多反應(yīng)跟它有關(guān)系，所以CTP核酶被研究得非常的透。

在生物化學(xué)的教科書上，CTP核酶作為一個(gè)教科書范例來講，酶和底物是怎么作用的，所以這是非常重要的酶。但是生物化學(xué)研究的一個(gè)主要的特點(diǎn)是把細(xì)胞打破了。

在細(xì)胞里面，細(xì)胞沒有打破時(shí)是長什么樣子的？我們喝咖啡的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)有個(gè)小東西，那就是果蠅，它的蛋白比較高的，或者是水果攤也會(huì)看到很多，它跟我們?nèi)粘５募蚁壥呛茴愃频?。它不是昆蟲，有六條腿，也應(yīng)該有兩對翅膀，但是這一類后面的那些翅膀就變成平衡棒，所以叫雙翅目。

為什么用它做研究？因?yàn)樗覀兒懿灰粯印Ｈ藦男『⒌匠赡甏蟾?8歲，有人可能到了28歲還沒成熟，但是果蠅從蛋到成蟲只要十天時(shí)間。我們成年人或者是發(fā)育期的女性，每一個(gè)月大概排卵一到兩個(gè)。果蠅是每半小時(shí)排卵一個(gè)，一天就排卵48個(gè)，所以它產(chǎn)量非常高，這也是為什么我用果蠅做實(shí)驗(yàn)。所以果蠅被遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)做了非常好的一個(gè)模型。

果蠅腹部有一對卵巢卵管，就是這個(gè)卵巢，我們叫做像手一樣，每根手指就相當(dāng)于我們叫的卵巢管。這里面有很多細(xì)胞類型，但是主要有三種，一種是綠色的，我們叫體細(xì)胞，叫濾泡細(xì)胞，還有里面有16個(gè)生殖細(xì)胞，15個(gè)是叫nursing cell，就是護(hù)理細(xì)胞，就像提供營養(yǎng)RNA，還有蛋白質(zhì)給洛美細(xì)胞。

所以我們現(xiàn)在看看CTP在果蠅的生殖系統(tǒng)長得什么樣子，這里看到就是這個(gè)，CTP是綠色的，CTP核酶是綠色的，然后紫紅色的是濾泡細(xì)胞的細(xì)胞核。所以你看到每一個(gè)細(xì)胞里面都有一根這種像桿狀的結(jié)構(gòu)。

這個(gè)是在2007年，我在牛津大學(xué)建實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，在一個(gè)偶然的情況下面發(fā)現(xiàn)了這個(gè)現(xiàn)象。所以當(dāng)時(shí)很興奮，覺得好像發(fā)現(xiàn)了一個(gè)跟纖毛一樣的結(jié)構(gòu)。

纖毛也是細(xì)胞器，直到最近一二十年才發(fā)現(xiàn)纖毛非常重要。但是后來，大概十年前，我花了兩年多時(shí)間后發(fā)現(xiàn)它不是纖毛，所以一度非常沮喪，就不想做這個(gè)實(shí)驗(yàn)了。

2010年的元月份，我的一個(gè)同事就說，你最近有什么發(fā)現(xiàn)，我就跟他講，我發(fā)現(xiàn)了個(gè)什么東西，我以為是纖毛，結(jié)果不是，所以就蠻沮喪的。他就說，你應(yīng)該給它取個(gè)名字，所以在他的啟發(fā)下，因?yàn)橐槐Х葐l(fā)下，我們最后決定給它取了個(gè)新的名字。

在生殖細(xì)胞里面，它里面有特別長的，還有特別小的那種，成千上萬這種結(jié)構(gòu)，這是在光學(xué)顯微鏡下能夠看到的。所以我們最后把特別大的變化叫macro-cytoophidia，就是大的細(xì)胞蛇。那小的叫micro-cytoophidia，較小的細(xì)胞蛇。

當(dāng)時(shí)就覺得這個(gè)可能是果蠅的。因?yàn)樗菩陨诚到y(tǒng)那么能下蛋，是不是因?yàn)楦判缘墓壧貏e相關(guān)，所以我當(dāng)時(shí)就提出一個(gè)猜測，這個(gè)東西是在雌性果蠅里面獨(dú)一無二的。

猜測很快被證實(shí)是錯(cuò)誤的。因?yàn)槲掖蜷_果蠅的別的組織解剖就發(fā)現(xiàn)，在它的大腦、氣管、腸道里面都有這個(gè)結(jié)構(gòu)。最后我在2010年的5月份把這文章發(fā)表了。當(dāng)時(shí)就說，我在果蠅里面發(fā)現(xiàn)一種像蛇一樣的結(jié)構(gòu)，所以我們決定給它取名叫細(xì)胞蛇。

這是在2010年5月初，當(dāng)時(shí)投稿到一個(gè)雜志，審稿人覺得這個(gè)文章挺有意思的，所以不用修改，直接發(fā)表。這是目前為止我發(fā)表的所有文章里面速度最快的，而且是唯一的一個(gè)不用修改的文章，我也比較開心。

過了兩個(gè)月，在2010年的7月份，在另外一個(gè)雜志叫《nature》，也是蠻好的一個(gè)雜志，普林斯頓大學(xué)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)在細(xì)菌里面，Cytoophidium就是CTP核酶也能形成這樣的結(jié)構(gòu)。

又過了一個(gè)月，加州大學(xué)圣地亞哥分校一個(gè)實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，在我們平時(shí)做啤酒的酵母菌里面，CTP合成酶也能形成這個(gè)結(jié)構(gòu)。

所以那年夏天有個(gè)北大的一個(gè)三年級(jí)的本科生到我實(shí)驗(yàn)室做實(shí)習(xí)，我說你看看人的細(xì)胞里面有沒有？所以他花了三個(gè)月之后，發(fā)現(xiàn)人的細(xì)胞里面也有，所以我們第二年把文章發(fā)出來了。

頭一年在佛羅里達(dá)大學(xué)的Marty Cohn實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立發(fā)表同樣的結(jié)果，所以這五篇文章在兩年之內(nèi)都說明什么呢？說明細(xì)胞蛇是個(gè)非常保守的結(jié)構(gòu)。

我們的地球有46億年，生命是在38億年前出現(xiàn)。原核生物也就是細(xì)菌和真核生物包括我們?nèi)?，是?0億年以前就已經(jīng)分開了。但是他們的細(xì)胞經(jīng)過風(fēng)吹雨打，30億年還一直存在，就說明這細(xì)胞蛇是一個(gè)非常古老的結(jié)構(gòu)。

在我們的身體里面存在了非常多的細(xì)胞蛇，我們現(xiàn)在不知道確切的數(shù)量。但是非常多的細(xì)胞蛇存在這么久，默默在奉獻(xiàn)。所以我們認(rèn)為它一定是做了很多非常根本的工作。

所以從那時(shí)開始，我的實(shí)驗(yàn)室就以細(xì)胞蛇為主題，開始研究關(guān)于細(xì)胞蛇的結(jié)構(gòu)和功能。

2010年《nature》雜志，他們也專門寫了一篇綜述，就是一篇新聞，就講這細(xì)胞蛇是個(gè)很有意思的一個(gè)現(xiàn)象，它講了五個(gè)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞蛇是其中之一?！都?xì)胞》雜志還有個(gè)細(xì)胞圖片秀，他覺得這個(gè)圖片挺有意思的，也邀請我發(fā)表在那里。

我要特別感謝這位老先生，這是我在牛津大學(xué)剛剛建實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候，這個(gè)老先生是我的導(dǎo)師，他從美國趕過去的，這邊是我三個(gè)學(xué)生。這個(gè)老先生現(xiàn)在92歲，我上個(gè)月去看他的時(shí)候，他還在自己親手在做實(shí)驗(yàn)，所以他一直是我的楷模。

另外我也感謝我現(xiàn)在所在的上海科技大學(xué)，我是三年前加入的上?？萍即髮W(xué)，這是我們的課題組，現(xiàn)在他們90%的人都在做細(xì)胞蛇的研究工作。