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梦:我们上次讲了钙离子对木企业的作用,以及肝脏对钙离子的重视,在内质网内建设钙库,钙离子在钙库内安家。在细胞内如果钙离子安心入住钙库,细胞骨架就能稳定更新,保持细胞的稳定,否则细胞就会气虚,钙库崩溃,细胞就会凋亡。

强:钙库崩溃导致细胞凋亡的原理是什么?

梦:细胞膜的骨架是由双层的磷脂折叠拼接的双层膜,膜厚度与细胞的直径对比大概3000倍左右,细胞就像把一个普通小气球盛满半米直径的水球,细胞膜处于严重超载的状态,稍微动一下就会爆开。细胞为了保持稳定,在细胞内由微丝、微管、中间纤维组成密集交错的立体网格结构来支撑细胞膜的磷脂,构成细胞骨架。细胞骨架由中心体控制,微丝和微管的纤维蛋白一直处于不断合成与不断分解的动态平衡中,维持细胞骨架的更新和稳定。低钙环境促进细胞骨架合成,高钙环境促进细胞骨架解聚,当钙库崩溃,细胞内钙浓度过高,导致微丝和微管加速分解,当细胞骨架不能支撑细胞膜的结构,细胞膜就会解体,形成凋亡小体。

强:钙离子是如何影响微丝的?

梦:微丝是由肌动蛋白单体聚合形成的双链螺旋结构,参与细胞的运动、收缩、胞吞等活动。微丝的形成需要肌动蛋白单体结合mg2?和Atp才能有效聚合为微丝,而能ca2?抑制mg2?的作用,微丝的形成需要低钙环境。当胞内 ca2?超载,ca2?可直接与激动蛋白结合,取代 mg2?的位置,抑制肌动蛋白的聚合。另外ca2?还能与钙调蛋白结合,可激活凝溶胶蛋白和绒毛蛋白,这两种蛋白就像“刀子+盾牌”,“刀子”能将长微丝切割成短片段,增加微丝末端数量,促进解聚或重组更新;另一方面“刀子”还能钉在微丝末端形成“盾牌”,阻止肌动蛋白单体的添加或解离,稳定短微丝结构。

强:钙离子是如何影响的微管的?

梦:微管由13根原纤维纵向排列组成中空管状结构,每根纤维相当于一根微丝,由结合蛋白、Gtp水解、mg2?组合而成,微管处于持续的组装与解聚的动态平衡中。同样ca2?抑制mg2?的作用,ca2?多了就能破坏微管的动态平衡。微管的中空管结构由由a-微管蛋白和β-微管蛋白组成,参与细胞形态维持、物质运输、有丝分裂等多种重要生理活动。当ca2?浓度高时,可直接与微管蛋白二聚体结合,取代 mg2?的位置,抑制微管蛋白聚合,能破坏微管的结构,甚至诱导已组装的微管解聚。ca2?主要通过信号通路与钙敏感高的微管结合蛋白,使蛋白功能改变,进而影响中枢神经和马达蛋白。

强:为什么蛋白质能组合成为纤维?

梦:我们过去讲过,蛋白质在螺旋折叠过程中形成特殊的结构,就像一组特殊的线圈,可以形成弱电磁场,由于磁场具有几何结构和方向性,只有结合蛋白质的结构匹配,才能形成吸引力。微丝由肌动蛋白单体连成丝线,肌动蛋白的两端是互补结构,可以自我吸引,两条肌动蛋白丝线在磁场作用下互相扭转和缠绕,形成双绞线。微管由a-微管蛋白和β-微管蛋白组成,a-蛋白与β-蛋白是是交替互补的结构,在弱磁场引力下交替排列形成原丝,再由13条原丝纵向螺旋排列围成管状。微丝、微管都是蛋白首尾相接形成的,因此微丝和微管具有弱电磁的极性,分为生长的正端和解聚的负端,极性使微丝和微管按直线运动,并在线性方向具有支撑力。

强:在细胞骨架中还有中间纤维没有讲?

梦:中间纤维由中间纤维蛋白单体通过螺旋结构两两缠绕形成二聚体,再进一步组装成四聚体,最终通过弱电磁力结合形成直径10nm的绳索状纤维。中间纤维的四聚体首尾相连或反向平行排列,整体无极性,结构更稳定。中间纤维是细胞的主骨架和韧性支柱,中间纤维形成网状结构,锚定细胞膜与细胞器,与桥粒连接,构成细胞骨架的主网,抵御摩擦和牵拉,防止细胞破裂。过去我说的细胞气虚或其实,主要指中间纤维的结构强度,当中间纤维与桥粒断开,则细胞恢复自由癌化。在生命中,绝对的自由就是癌症,癌症肆无忌惮的繁殖将使整个生命崩溃;在社会中,绝对的自由同样是社会的癌症,绝对自由产生绝对腐败,权利和资本的泛滥同样使社会崩溃。

强:中间纤维蛋白的结构是如何排列的?

梦:中间纤维蛋白直径为10nm,介于微丝的7nm和微管的25nm之间,又称“中间丝”,根据氨基酸序列、组织分布和功能差异,中间纤维蛋白可分为6大类:角蛋白、波形蛋白、结蛋白、胶质纤维酸性蛋白、核纤层蛋白和巢蛋白。中间纤维的组装无需Atp或Gtp供能,两个中间纤维蛋白单体通过中央杆状区形成平行异二聚体;两个二聚体以反向平行、半分子交错的方式结合,形成稳定的四聚体;四聚体首尾相连形成原纤维,再侧向聚集为8 聚体结构;多根原纤维进一步缠绕,最终形成中间纤维。中间纤维蛋白通过多样化的家族成员结合,其实彼此之间在弱磁力作用下连接,中间丝的结构看似复杂,其实纤维蛋白之间就如同“乐高玩具”,通过错位拼接的方式组成整体。

强: 钙离子是如何影响中间丝的?

梦:由于中间纤维没有极性,中间纤维的组装结构稳定,所以对钙离子不敏感。同样因为没有极性,中间纤维对磷酸化和去磷酸化同样不敏感,中间纤维蛋白的组装不能直接利用Atp能量,需要钙调蛋白和蛋白激酶中间转接。例如在角质细胞中,钙离子可通过调控蛋白激酶、磷酸化角蛋白,影响细胞分化过程中中间纤维的重组,对毛发、指甲的生长有重要作用。中间丝不能利用Atp,也就不具备运输和运动能力;不能运动中间丝更加稳定,在角质细胞内的中间纤维更加发达、细胞间的连接更紧密,使指甲的坚硬度远高于其他细胞。

强:微丝、微管、中间丝共同组成细胞骨架,三者之间是独立的还是粘合的?

梦:微丝、微管和中间丝之间并非独立存在,而是通过连接蛋白形成复杂的网络结构,由于三者的结构各不相同,所以产生不同的连接方式。各种连接形成立体的网状交联,就像“三脚架”一样,将微丝、微管、中间丝固定在一起。三种不同的线性结构在细胞骨架内产生不同的作用,当细胞受到外力时,微丝的双联螺旋就像“麻绳”能承受张力,微管的管状螺旋如同“千斤顶”能抵抗压力,中间丝的稳定结构提供弹性支撑,三者通过连接蛋白协同传递应力,避免单一骨架系统过度损伤。微丝、微管和中间丝是既独立又高度整合的,三者在细胞中都有不同的侧重点。

强:微丝、微管、中间丝三者功能各侧重哪方面?

梦:微丝侧重运动,微管侧重运输,中间丝侧重支撑。

强:三者的功能为什么强调“侧重”?

梦:因为许多能力是三者共有的,比如支持能力,中间丝最强,微管次之,微丝最弱;微丝和微管都具有运动、运输和细胞分裂的作用,只是偏重不同。生命中任何一种构件都有其独特的功能和存在的价值,虽然不同的构件可能具有相同或相似的作用,但没有一个是多余的,就是其中最细微的差别决定了其价值。

强:微丝和微管的运动具有什么差别?

梦:梦:当微丝和微管的合成端过量,就会推动细胞膜向外伸展,微丝在细胞膜表面形成伪足向外伸展,微丝、微管的分解端解聚则细胞膜回收,由此推动单细胞向前爬行。微丝主导细胞的移动,如免疫细胞的移动和癌细胞的扩散;微管在细胞表面形成纤毛和鞭毛,驱动细胞运动,如精子的游动。微丝和微管的运动还能带动细胞质流动,形成胞质环流。

强:为什么要形成胞质环流?

梦:细胞内液含有大量有机分子,是细胞代谢的物质基础,使细胞内的水以结合水和自由水共存 的形式存在,二者使细胞内液同时具备 “胶体-流体” 双重属性,胶体使细胞结构稳定,流体利于压力传递和物质交换。细胞内液的缺点是不能自由流动,这就需要外力来搅拌,微丝通过肌球蛋白和肌动蛋白的运动搅拌,微管通过驱动蛋白和动力蛋白的运动搅拌,带动胞质的环流和囊泡运输。

强:微丝和微管的运输具有什么差别?

梦:微管作为细胞内的主要 “运输轨道”,支持跨细胞尺度的物质运输,负责细胞器和囊泡的大件运输。微管运输通过对马达蛋白的精准驱动和微管轨道的动态调控,使细胞内的物质有序分布。微管运输能确保能量、信号、结构组分到达靶位点,维持细胞器的功能区域化,保障细胞分裂和对外界刺激的响应。微丝负责分子级别的小件运输,能对细胞内各种物质精准识别、定位和分配,并输送到指定靶点。为了将物质准确送达,可以招募细胞骨架聚合因子来促进微丝的组装,临时铺路;货物送达后再促使细胞骨架解聚,拆除道路。

强:什么是马达蛋白?

梦:马达蛋白就像一个火车头,把微管、微丝作为轨道定向移动,以Atp为燃料在细胞内物质运输,同时还对细胞分裂、信号传导起关键作用。马达蛋白在微丝和微管上有所不同,沿着微管运输的是动力蛋白和驱动蛋白,沿着微丝运输的是肌动蛋白和肌球蛋白。

强:动力蛋白和驱动蛋白是如何运动的?

梦:动力蛋白和驱动蛋白通过水解Atp获取能量,沿着微管定向移动,两者的运动既有相似性,也存在不同。驱动蛋白以“小步快跑”形式从细胞中心到外前进,每步行进8nm,运输新合成的囊泡、细胞器、mRNA 等至细胞外周。动力蛋白以“大步跨越”形式从外周到细胞中心前进,每步行进24nm,运输大型货物,如内吞囊泡、老化的细胞器。

强:肌动蛋白和肌球蛋白是如何运动的?

梦:微丝就是由肌动蛋白组成的,肌动蛋白的运动就像“传送带”,通过轨道运动传输物质。整根微丝都是“传送带”,传送带不是滚动前进,而是正端生长延长,负端解聚缩短,生长和解聚同时进行形成动态组装,如同轨道在前进。肌球蛋白头部与肌动蛋白结合形成横桥,并沿着肌动蛋白纤维进行“行走”,使得肌动蛋白纤维和肌球蛋白纤维相对滑动。在肌肉细胞内,通过肌动蛋白和肌球蛋白的相互作用,来驱动肌肉运动。

强:中间丝没有极性,微丝、微管的极性,极性具有什么特殊功能吗?

梦:是的,极性使微丝和微管可以被磁约束,可以按照磁场的指示运动,在细胞的有丝分裂过程中具有重要的作用。当细胞进入分裂时期,核膜崩解,微丝和微管可以在磁场的引导下进入核仁,捕获染色体的微管和动粒,向两极拉动。而中间纤维主要维持细胞的稳定,基本不参与细胞分裂的动作。

强:微丝、微管是如何控制细胞分裂的?

梦:细胞分裂从中心体开始的,纺锤体微管的组装与解聚是细胞分裂的核心事件。微丝与微管在细胞分裂中形成动态骨架网络,微管主导核分裂:通过纺锤体精确分离染色体,确保遗传物质均等分配;微丝主导胞质分裂:通过收缩环实现细胞质分割,完成细胞一分为二。微管通过纺锤体施加“推-拉”力,确保染色体正确分离;微丝通过收缩环产生 “向心拉力”,完成胞质分裂。微管负责运输染色体、参与核膜重建的膜泡等“大件”物质;微丝通过肌球蛋白运输小分子复合物或细胞器,确保子细胞获得均衡的细胞质成分。肿瘤细胞和癌症细胞是纤维气虚形成的,微丝和微管缺失使细胞分裂不能平均分配,使分裂后的物质产生差异。

强:您在肿瘤和癌症的形成过程中讲过,细胞与细胞间质连接构成整体,细胞与细胞通过桥粒、半桥粒相连,细胞膜通过黏着斑与细胞质连接。当黏着斑断开,细胞内部具有了自主性,成为肿瘤细胞,但细胞还不能移动;当桥粒、半桥粒断开,细胞就拥有了独立自主性,成为癌细胞,在细胞间质的束缚下还不能移动;当细胞间质的连接也断开,癌细胞彻底放飞自我而扩散。在这个过程中,细胞内的微丝、微管和中间丝是如何作用的?

梦:在细胞内部桥粒和半桥粒与中间纤维的角蛋白连接,黏着斑与中间丝的波形蛋白和微丝连接,微管不与桥粒、半桥粒和黏着斑直接连接。所以桥粒、半桥粒断开时,细胞内角蛋白必然是罪魁祸首;而黏着斑断开时,波形蛋白是元凶,微丝的肌动蛋白是帮凶。知道问题所在,下医就可以按图索骥,寻找修复细胞的方法。

强:微管为什么不与细胞膜直接连接?

梦:我们知道细胞膜具有流动性,细胞之间的连接方式是动态黏附,无论细胞间质、桥粒、半桥粒还是黏着斑的连接都是动态变化的,连接粘附作用一直在更新,不断建立新的连接,同时解除旧的连接。这一过程就像“岗位轮换制”,对细胞的迁移、增殖、分化、信号传导以及组织形态发生和修复至关重要。整合素是动态连接中的关键分子,整合素有两种形态,其“曲构态”与细胞间质弱磁引力低而断开旧连接,是失活态;其“直构态”的亲和力高形成新连接,是激活态。微管上携带解聚因子,当接近桥粒和黏着斑时,通过内吞回收整合素,使连接断开;当微管的解聚因子长期受到抑制,使黏着斑过度稳定,细胞迁移被阻断,则加剧细胞的老化和损伤。在细胞外也存在影响整合素的蛋白酶,触发黏着斑解聚。在动态粘附中,过度粘附和过度解聚都是有害的,只有连接与解聚达成平衡才是健康,在生命中平衡无处不在。所谓“动则生、静则死”。

强:微丝和中间丝是如何适应动态粘附的?

梦:微丝的肌动蛋白聚合驱动伪足伸展,与黏着斑组装形成新的连接;肌球蛋白收缩产生张力,促进黏着斑成熟或解聚,如果微丝的张力不足则黏着斑自发降解。中间丝依靠角蛋白与桥粒和黏着斑连接,如果角蛋白丝增强细胞-细胞的黏附,会影响黏着斑的动态平衡;如果角蛋白丝太弱,又会与黏着斑解聚。

强:感觉动态粘附真是“麻烦”,如何才能保持平衡呢?

梦:动态粘附确实麻烦,粘附不足就会发生肿瘤和癌症,粘附过度就会损伤或老化,横竖都是个死。动态粘附受“张力稳态”影响,细胞间的张力来源于2个方面,一是细胞的流动性同步,二是纤维的强度同步。

强:什么是细胞的流动性同步?

梦:细胞同步性就是相邻细胞的流动性是否相同。当细胞之间的流动速度相同,那么细胞之间就是相对静止的,彼此之间没有张力;否则流动性快的细胞对周围产生拉力,流动性慢的细胞被周边拖曳,快慢都会对其他细胞产生张力。细胞膜在张力的作用下发生扭曲变形,使细胞内容物泄露,形成过敏反应。

强:什么是纤维的强度同步?

梦:在动态粘附中,由细胞间质、细胞膜、桥粒、半桥粒、黏着斑、微丝、中间丝等在动态粘附中形成共轭体系,需要体系内的纤维强度保持一致,这样体系才能互相制约,共同对抗流动性失衡的变化。当细胞间质和细胞内的所有纤维强度都是稳定的,若某处细胞产生了影响细胞流动性的因素,共轭体系会发挥合力作用可以抵御危害,将或快或慢的细胞流动性拉回到正常范围,保持体系的张力稳态。整体纤维高强度是健康状态,免疫力高,不易生病;整体的纤维低强度是亚健康,免疫力弱,有个风吹雨打就会生病;而高强度与低强度的混合状态是最差的情况,这时共轭体系会产生应力差,虚弱的位置就会成为失衡点。如果整体炁虚中有一点炁实,那么这个炁实就会成为锚点,发展为肿瘤和癌症;如果整体炁实中有一点炁虚,那么这个炁虚点就会成为坏点,形成炎症、溃疡、水肿区域。

强:流动性同步失衡与纤维强度失衡相比,哪一个危害更大呢?

梦:因男女而异,男性的纤维强度阈值高,对流动性同步失衡的抗性高一些,但纤维的同步性弱,一旦失衡则会迅速发展成恶性病症;女性的纤维强度阈值低,对流动性同步失衡的抗性弱,更容易发病,但女性纤维同步性高,所以病症不容易发展,能坚持更久。当动态粘附体系中出现张力,那么纤维强度最弱的位置,就会成为卸力点,炁虚产生应激反应,炁实产生纤维化,所以炁虚和炁实都是失衡的变现,平衡才是健康。

梦: 今天到这里吧。

强:谢谢您的指导。

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