Trends综述精选：生物转运与运动
作者：张馨予
Trends综述精选：生物转运与运动 原创 Cell Press CellPress细胞科学 收录于话题 #细胞出版社Trends综述 102个内容
运动是所有生物都具备的特点，这既包括在生物体内部转运物质的能力，也包括主动或被动的外部运动。本合辑收录的Trends系列杂志综述和观点文章涵盖了生物转运和运动的诸多领域和视角，讨论了微观到宏观维度的运输。我们强调了跨生物膜的转运、固定环境（如细胞内空间或生物体内）中的运输、身体部位的运动以及整个生物体的运动。此外，还有三篇文章讨论了微观和宏观维度的转运和运动与疾病治疗的相关性。
Trends in Chemistry
阳离子偶合氯化物共转运体的化学性质和临床意义
阳离子耦合氯化物共转运体（Cation-coupled chloride cotransporters，CCC）调节钠和/或钾阳离子与氯阴离子在细胞膜上的转运。因此，CCC有助于调节细胞内离子浓度，进而影响细胞体积平衡。过去，科学家主要利用这一点来开发利尿药物作用于肾脏中表达的CCC。但是越来越多的证据表明，CCC在许多其他病症中也起到关键作用，近期大多数针对CCC的药物发现项目正是因此而启动的。来自意大利技术研究院和Dulbecco Telethon研究院的Marco De Vivo和Laura Cancedda团队于 Trends in Chemistry (IF 24.081) 发表综述文章，回顾了CCC结构与功能之间的关系，通过将最近的高分辨率低温电子显微镜数据与较早的关于CCC的生化/功能研究联系起来，讨论了设计选择性CCC调节剂从而治疗不同病症的机制见解和相关机遇。
Trends in Genetics
真核生物中存在水平基因转移？确有其事
水平基因转移（horizontal gene transfer）指的是遗传物质在生命树分支间的移动，这一点在原核生物中得到了证实，而且确凿无疑。部分原因在于原核生物的基因组相对紧凑，便于组装和基因预测，从而产生了成千上万可供分析的完整基因组。相比之下，真核生物的水平基因转移研究并不顺利，因为真核生物具备庞大且通常情况下十分复杂的基因组结构。近年来这一障碍已经被消除了，因为出现了足够多的高质量基因组数据，可用以分析这些生物类群中水平基因转移的数量和质量。来自美国罗格斯大学生物化学与微生物学系的Debashish Bhattacharya团队于 Trends in Genetics (IF 11.639) 发表观点文章，认为水平基因转移在真核微生物的进化中扮演的角色虽小，但很重要；他们提供了水平基因转移促进生物体获得适应性功能的案例，而且在某些情况下，正是水平基因转移支持了生活方式的重大转变。
Trends in Plant Science
植物免疫中基于磷脂的信号转导和膜转运协调
植物中与防御相关的信号转导涉及到一些关键的膜相关过程，如基于磷脂的信号转导和膜转运。这些过程的协调发生在质膜和腔膜/细胞外膜的双层脂质内。破译磷脂的时空组织和脂质与蛋白相互作用，为植物免疫中基于磷脂的信号转导和膜转运的联系机制提供了关键信息。来自中科院植物学研究所和北京林业大学的林金星团队于 Trends in Plant Science (IF 18.313) 发表综述文章，总结了学界对这些联系的最新见解，包括磷脂途径中关键酶和分子的部署，以及膜转运中脂质多样性的作用；强调了介导基于磷脂的信号转导和膜转运之间用以调节植物免疫的反馈机制，包括它们在平衡胞吞和胞吐中的新作用。
Trends in Biochemical Sciences
整合素控制囊泡转运
整合素是跨膜受体，跨越质膜传递生化和机械信号，促进细胞粘附和迁移。此外，整合素粘附复合物在功能和结构上与细胞内转运机制的组成部分相关，目前越来越多的数据显示，它们是各种细胞类型中胞吞和胞吐作用的关键调节器。来自阿姆斯特丹大学医学中心的Coert Margadant团队于 Trends in Biochemical Sciences (IF 13.807) 发表综述文章，强调了有关整合素控制细胞内转运的最新见解，这种控制作用涉及到诸如脱粒、机械传导、细胞间通讯、抗体产生、病毒侵入、Toll样受体信号、自噬和吞噬，以及细胞外囊泡的释放和摄取等过程。Coert Margadant团队讨论了这种控制的基本分子机制及其对一系列病理生理过程的影响，包括止血、免疫、组织修复、癌症和病毒感染。
Trends in Cell Biology
隔膜蛋白对微管依赖性转运的空间调节
囊泡和细胞器在细胞内的远距离转运是由微管马达（驱动蛋白、动力蛋白）介导的，这些马达在转运物体时既具备时空准确性，也有效率。微管马达如何在微管网络中活动并协调膜囊泡转运活动，这是一个基础性课题，但学界对此所知甚少。新的研究表明，微管依赖性膜转运在空间层面是由隔膜蛋白（Septin）控制的，而隔膜蛋白是一个独特的多聚体GTP酶家族，与微管和膜细胞器相关。隔膜蛋白如何选择性地调节微管马达与微管、膜被转运物（membrane cargo）相互作用？来自美国德雷塞尔大学大学生物学系的Elias T. Spiliotis团队于 Trends in Cell Biology (IF 20.808) 发表综述文章，回顾了这一问题并提出，隔膜蛋白提供了一个新的交通代码，可指定不同微管轨道上特定“微管马达-被转运物复合体”的运动和方向。
Trends in Cell Biology
肌肉细胞中的核运动
细胞内细胞核的定位是一个动态过程，取决于细胞的命运和发育阶段，且可以调整以实现最佳的细胞功能。骨骼肌细胞尤其如此，这类细胞含有数百个肌核，沿着肌肉细胞的外围均匀分布。肌核错位往往与肌肉功能障碍和疾病有关。目前，管理肌核定位的不同机制正在浮现，而其中核运动涉及到的几个新基因与人类肌肉疾病有关。来自康奈尔大学医学院的Mary K. Baylies团队于 Trends in Cell Biology (IF 20.808) 发表综述文章，讨论了肌核定位的最新进展及其对果蝇肌肉大小和功能的影响。此外，Mary K. Baylies团队指出了果蝇与哺乳动物系统的相似性和差异性，及其与人类肌肉疾病的联系。
Trends in Parasitology
疟原虫子孢子中分泌细胞器的功能
疟原虫子孢子（Plasmodium sporozoite）在蚊子和哺乳动物宿主中表现出复杂的感染生物学。美国华盛顿大学Stefan H.I. Kappe团队于 Trends in Parasitology (IF 9.014) 发表综述文章，讨论了子孢子顶端分泌细胞器、微粒体和棒状体的基本作用。这些细胞器负责储存寄生虫/宿主/载体相互作用的蛋白质介质，并且必须在时间和空间上协调一致地分泌它们。子孢子从蚊子中肠卵囊移动到哺乳动物肝脏的过程中，微核蛋白对子孢子的运动以及细胞穿越（cell traversal，CT）和肝细胞入侵至关重要。直到近期，棒状体蛋白仍被认为仅对肝细胞侵袭有重要作用，但它似乎对于子孢子的运动以及和蚊子组织的相互作用也发挥了意想不到的功能。因此，要通过分泌物在不同微环境中导航，可能需要子孢子具有比以前更复杂的分泌细胞器系统。
Trends in Immunology
淋巴器官成纤维网状细胞和导管网络的交流、构建和流体控制
成纤维网状细胞是二级淋巴器官基质细胞基础设施的一个重要部分。淋巴器官成纤维细胞为免疫细胞的相互作用形成了专门的区域，从而管理淋巴细胞的激活和分化。此外，成纤维网状细胞产生并包裹着细胞外基质的微纤维网络，亦即导管系统。成纤维网状细胞产生的导管通过将含有抗原和炎症介质的液体输送到二级淋巴器官，促进液体和免疫细胞控制。来自伦敦大学学院和瑞士Kantonsspital St. Gallen医院免疫学研究所的Sophie E. Acton和Burkhard Ludewig于 Trends in Immunology (IF 16.687) 发表综述文章，回顾了成纤维网状细胞的最新生物学研究进展，这些研究推进了我们对免疫细胞功能和相互作用的理解。他们还讨论了成纤维网状细胞和纤维导管网络之间错综复杂的关系，二者共同构成了免疫细胞及被监测组织之间有效沟通的基础。
Trends in Cognitive Sciences
行动系统：眼球运动的功能使用
眼球运动协助视觉并通过协作的方式支持手部和躯体运动。尽管它们有很强的功能耦合性，但研究者通常对不同类型的运动分别进行研究。来自英属哥伦比亚大学的Anouk J. de Brouwer团队于 Trends in Cognitive Sciences (IF 20.229) 发表综述文章，回顾了行为学、神经生理学和临床研究等领域的相关进展，聚焦眼球运动如何与目标导向的手部运动协调，以及它们如何促进运动学习。了解眼睛和手部运动的协调控制有助于理解一些大脑功能，这些大脑功能对于在健康或疾病状态下执行或学习日常任务至关重要。这些知识也可以为机器人操纵和临床康复等应用提供参考。
Trends in Microbiology
微生物间的搭便车行为：非运动性微生物如何利用公共运动能力
运动能力使许多微生物能够穿越所处的环境寻找营养源或逃离不利的环境。然而，一些微生物是没有运动能力的，这些微生物被限制在周围环境中。有趣的是，少量报告显示，许多没有运动能力的微生物可以利用附近其他微生物的运动机制。这种被称为“搭便车”的交通形式已经在原核和真核微生物中被观察到了。重要的是，许多搭便车的微生物对人类或植物而言是致病微生物。来自荷兰莱顿大学的A. Briegel团队于 Trends in Microbiology (IF 17.079) 发表综述文章，对微生物间搭便车的相关报告进行了讨论，形成了对搭便车机制以及这种相互作用如何影响人类和植物健康的全面看法。A. Briegel团队认为，微生物搭便车行为在自然界中无处不在，并可能成为微生物学中一个独立的研究子领域。
Trends in Microbiology
微生物传送带：通过散布和休眠将全球连接起来
尽管近年来微生物相关知识有所增加，但决定微生物全球分布和功能的过程还没有得到充分理解。微生物的休眠阶段是适应性的，旨在帮助微生物耐受与其散布路径有关的特定不利条件，这表明微生物的散布并不完全是一个随机过程。长期休眠加强了微生物的散布，促进了微生物的普遍性。在这些证据基础上，来自智利康塞普西翁大学和瓦尔帕莱索天主教大学的Mireia Mestre和Juan Höfer于 Trends in Microbiology (IF 17.079) 发表观点文章，提出自然界存在全球性、经常性、空间周期性的微生物散布，并称之为“微生物传送带”。这些微生物散布周期直接影响微生物的分布以及无机物和有机物的全球循环，进而影响地球系统的运作。
Trends in Ecology & Evolution
动物运动选择的确定性和整合性
物理能量定义了能源景观（energy landscape）并决定了特定物种的运动成本，从而影响运动决策。在不可预测的动态环境中，观察他人的运动情况可以增加个体对物理能量分布的确定性，从而提高运动效率。在物理能源景观之外，社会采样（social sampling）增加了影响动物运动的所有生态景观（包括恐惧和资源景观）的确定性，而个体利用能量来表达其中的每一种生态景观。来自德国康斯坦茨大学的Hannah J. Williams团队于 Trends in Ecology & Evolution (IF 17.712) 发表观点文章，呼吁发展一种“最佳运动理论”，根据能量成本效益的单一预期将诸多生态景观结合起来，从而整合运动决策的多维现实，其中在预测能量成本效益时，社会采样可在不确定条件下提供最新的信息。这一机制框架有助于预测个体运动模式，以及研究聚集的出现。
Trends in Ecology & Evolution
资源追踪和动物运动生态学的新视角
资源追踪（resource tracking）指的是动物通过移动来追踪空间中资源的物候变化，从而增加能量增益（energy gain）。资源追踪正在成为动物运动生态学的一个基本属性，但目前尚缺乏一个理论框架来理解何时何地会出现资源追踪，以及资源追踪会如何导致新的生态模式。来自华盛顿大学的Briana Abrahms团队于 Trends in Ecology & Evolution (IF 17.712) 发表综述文章，提出了一个框架，将最佳觅食理论和景观生态学的概念结合起来，预测资源动态对动物跨分类群、系统和规模的运动塑造作用，并对预测结果进行检验。考虑动物运动和资源动态之间的相互作用，不仅可以促进我们对生态学的理解，还可以在全球气候变化的时代背景下指导生物多样性的保护。
Trends in Pharmacological Sciences
中枢神经系统叶酸转运的临床意义
叶酸是哺乳动物细胞中关键生物合成过程所必需的，并在维持中枢神经系统平衡中发挥着关键作用。哺乳动物缺乏生物合成叶酸的代谢能力；因此，对叶酸的需求主要通过膳食摄入来满足。迄今为止，三种主要的叶酸转运通路的特征已被明确，分别是叶酸受体、还原叶酸载体和质子耦合叶酸转运体。来自多伦多大学的Reina Bendayan团队于 Trends in Pharmacological Sciences (IF 14.819) 发表综述文章，回顾了相关研究，聚焦叶酸转运系统在介导叶酸向重要组织（特别是大脑）输送过程中的作用，以及这些转运途径如何受到各种调节机制的影响。Reina Bendayan团队还简略地强调了脑部叶酸转运的临床意义，主要涉及与叶酸缺乏相关的神经发育障碍。
Trends in Molecular Medicine
前往细胞中心的旅程：追踪AAV转导路径
随着越来越多的基于腺相关病毒（adeno-associated virus，AAV）的基因疗法得到临床应用批准，我们必须详细了解载体与宿主的相互作用。由于全基因组遗传筛选工具的进步，AAV与宿主之间的相互作用逐渐得到明确。了解这些相互作用有助于深入了解病毒的生命周期。因此，可以探索新的策略来规避目前基于AAV的载体的限制。载体从细胞表面到细胞核包括多个阶段，来自悉尼大学的John E.J. Rasko团队于 Trends in Molecular Medicine (IF 11.951) 发表综述文章，总结了现有相关研究，并对最近发现的宿主因素的作用进行了梳理。
Trends in Cancer
能量能力是否有助于解释为什么运动能降低癌症风险？
加强运动可以降低人类的癌症风险，但目前仍不清楚为什么这种全机属性可以降低癌症患病风险。活跃的人往往具有较高的持续产生能量的能力，这可以反过来形成更大的免疫反应能力，而免疫反应对机体抗击新出现的肿瘤而言至关重要。因此，来自澳大利亚迪肯大学的Peter A. Biro团队于 Trends in Cancer (IF 14.226) 发表观点文章，建议将能量能力（energetic capacity）作为解释运动与癌症联系的一个潜在机制，因为人类所面临的能量限制是来自内部的（而不是外部）。对人类和啮齿类动物的研究表明，具备高能量能力的人有更大的免疫反应，癌症发病率较低；这些趋势在控制了实际体育活动后依然成立，提示了能量能力的直接作用。如果这一理论是正确的，那么锻炼的最佳目标是提高一个人的能量能力，而这可能既与锻炼有关，也存在个体差异。
阅读原文
上一篇：“蛋白冠”调控纳米脂质体跨膜的细胞生物学机
下一篇：沈建忠院士团队在细菌耐药与致病关联性研究领