渗透压:细胞生长和免疫反应的秘密

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生物通报道：加州大学圣地亚哥分校（UCSD）医学院的研究人员证明细胞渗透压对细胞的生长和机体抵御侵染的免疫反应是至关重要的。这些发现可能对自身免疫病、移植排斥和找出潜在的癌症治疗方法有一定意义。相关文章发表在2004年7月5日的Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS)的网络版上。

这项对小鼠的研究首次提出证据，证明一种开启基因表达的转录因子对一定渗透压环境下细胞的正常增殖非常重要，也是机体对入侵病原物产生免疫反应所必须的。

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当细胞内、外环境的分子浓度不同时就会产生渗透压。这种情况下，水分通过渗透流入或流出细胞，从而改变细胞的内环境。高渗透压迫使水分从细胞中扩散出来导致细胞收缩，这种情况会使DNA和蛋白遭到破坏、细胞周期停滞以及最终使细胞死亡。细胞通过激活渗透压反应途径来响应渗透压变化。这个途径由一种叫做NFAT5（T细胞活化核因子5，nuclear factor of activated T cells 5)/TonEBP(弹性增强结合蛋白，tonicity enhancer binding protein)的基因控制。NFAT5/TonEBP蛋白是唯一已知的能由高渗透压激活的哺乳动物转录因子。

Ho在叙述研究组的工作时说，之前人们认为肾脏是身体中唯一受到渗透压影响的组织：肾脏通过一种机制来控制血液中水分和盐的量，从而导致肾脏局部区域的渗透压非常高。

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“作为免疫学研究者，当发现一种能协助肾脏细胞适应渗透压的蛋白也在免疫系统中得到表达时我们感到相当的疑惑，”Ho说。“因为，之前没有证据说明身体内免疫系统细胞或肾脏以外的细胞也明显地受到渗透压的影响。”

研究身体内细胞所承受压力的其中一个难点是在实验室中几乎不可能精确地再现活体状态下具有特殊微环境的组织的复杂性。为了研究渗透压，研究组构建出一种不表达NFAT5/TonEBP的小鼠。他们发现小鼠免疫系统受损，渗透压存在时小鼠细胞不能生长。

“我们现在认为某种组织微环境中的细胞增殖过程细胞是暴露在渗透压下的，”Ho说。“如果细胞不能适应渗透压，那么它就不能生长。免疫系统尤其依赖这种渗透压反应，因为要想成功地抵御病毒或细菌的侵入，免疫系统的细胞就必须进行快速的增殖。” UCSD的病理学助理教授、文章的第一作者Steffan N. Ho博士指出这些新发现为开发出治疗自身免疫疾病、移植排斥和癌症药物带来了新的希望。

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“尤其让我们感到振奋的是这些研究结果对癌症细胞生物学的意义，因为无法调节恶性细胞的生长使得肿瘤中的血管和淋巴管不能正常生长，可能影响到渗透压，所以使肿瘤的组织微环境显得非常独特。如果身体内癌细胞的生长必须有一种适应渗透压方法，那么这个压力反应途径将成为鉴定抗癌药物的新靶标。”

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这些研究得到了美国国家卫生中心的资助，研究所用的核心设备由美国国家癌症中心提供。