在一項(xiàng)新的研究中，來自美國哈佛醫(yī)學(xué)院和英國倫敦大學(xué)學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)的研究人員首次獲得了人類纖毛（cilia）---排列在我們的呼吸道上的微小的、像頭發(fā)一樣的突出物---結(jié)構(gòu)的圖像，這可能為罕見的纖毛疾病患者帶來亟需的治療。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2023年6月15日的Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Axonemal structures reveal mechanoregulatory and disease mechanisms”。

這些作者結(jié)合了先進(jìn)的顯微鏡和人工智能技術(shù)來獲得人類纖毛結(jié)構(gòu)的詳細(xì)快照。作為細(xì)胞上的微觀突起，纖毛排列在我們的肺部、耳朵和鼻竇內(nèi)壁細(xì)胞的表面上，并有節(jié)奏地跳動(dòng)，以保持肺部沒有粘液和細(xì)菌。遺傳了罕見的原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙（primary ciliary dyskinesia, PCD）的人的纖毛有缺陷，不能有效地清除呼吸道中的碎片，因此遭受呼吸困難和慢性肺部感染。

這些作者首次可視化觀察導(dǎo)致纖毛跳動(dòng)的分子“納米機(jī)器”，沿著纖毛長度每隔96納米就可以看到相同的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)聚集在一起，形成了軸絲（axoneme）。在健康的氣道中，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)格的控制，分子被精確地安排，使纖毛以有節(jié)奏的、波浪式的運(yùn)動(dòng)跳動(dòng)，每天跳動(dòng)約100萬次。

(資料圖片)

在PCD患者中，這些作者發(fā)現(xiàn)纖毛不能正確地跳動(dòng)，因?yàn)檩S絲結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵成分缺失，這是由于基因突變?cè)斐傻?。這一新信息可能導(dǎo)致針對(duì)靶向這種缺陷的新藥物，從而使纖毛正常跳動(dòng)。

倫敦大學(xué)學(xué)院大奧蒙德街兒童健康研究所的Hannah Mitchison教授說，“目前治療PCD的方法是清除人們的呼吸道并防止感染。我們的研究結(jié)果提供了開發(fā)可以精確地靶向軸絲的微小缺陷從而使纖毛按照它們應(yīng)該的方式跳動(dòng)的分子藥物的可能性。分子藥物正顯示出對(duì)其他罕見疾病的希望，而針對(duì)COVID-19的研究已經(jīng)開啟了將這些藥物直接遞送到肺部的新方法。如果我們能將這些進(jìn)展與我們的新發(fā)現(xiàn)結(jié)合起來，我希望我們能在未來5到10年內(nèi)將分子藥物帶給PCD患者?！?/p>

萊茵衣藻軸絲模塊重復(fù)結(jié)構(gòu)的原子模型。圖片來自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06140-2。

這項(xiàng)新的研究也可能被證實(shí)對(duì)不孕癥有用，因?yàn)榫右揽科湮膊康念愃戚S絲結(jié)構(gòu)來推動(dòng)自己前進(jìn)。

Mitchison教授說，“研究像PCD這樣的罕見疾病可能很困難，因?yàn)榛颊叻稚⒃谑澜绺鞯亍Ｔ谟?，我們認(rèn)為大約有9000個(gè)家庭可能受到PCD的影響。我們的研究是通過臨床科學(xué)家、生物學(xué)家和愿意參與我們研究的罕見疾病社區(qū)成員之間奇妙的國際合作實(shí)現(xiàn)的?！?/p>

除了人類纖毛外，這些作者還研究了一種名為萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的單細(xì)胞藻類的軸絲結(jié)構(gòu)，該藻類使用其表面的兩個(gè)尾巴狀突起來游泳。盡管相隔10多億年的進(jìn)化，該藻類的尾巴與人類的呼吸道纖毛在結(jié)構(gòu)上有相似之處，這就突顯了軸絲在整個(gè)進(jìn)化中的重要性。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

1. Travis Walton et al. Axonemal structures reveal mechanoregulatory and disease mechanisms. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06140-2.

2. World"s first illustration of the molecular machinery that makes cilia beathttps://phys.org/news/2023-06-world-molecular-machinery-cilia.html

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