理解蜂窝通信的语言

加州理工学院的一个科学家小组发现了一种细胞用来相互沟通的分子代码。据加州理工学院生物学和生物工程学教授，霍华德休斯医学研究所的研究员Michael Elowitz的实验室科学家称，这种“语言”被认为是许多类型的细胞通讯所共有的，并且对设计未来疗法具有重要意义。这项工作在9月7日的Cell杂志上发表。

正如人类使用字母和单词来创建信息一样，细胞会将称为配体的分子释放到环境中，向邻居发送信息 - 例如分化或扩散的指令。配体与其他细胞表面的受体结合，这些受体解释信息并触发一系列化学反应，将其传递给细胞内部的正确分子。

作者研究了一种主要的沟通渠道，称为骨形态发生蛋白(BMP)途径，几乎在所有组织中都有作用，是癌症治疗的靶点。该系统以各种组合使用许多不同的配体和受体。奇怪的是，该途径中的配体和受体以许多不同的方式相互混合和匹配，似乎没有任何理由。

“你可能认为每种类型的配体只与一种类型的受体配对，但事实并非如此，”Elowitz说。“相反，所有配体都与所有受体相互作用。这似乎是一个大混乱，与人们设计通信系统以保持每个通信通道分离的方式完全不同。所以我们想知道为什么细胞以这种方式进行通信。”

为了弄清楚分子滥交有什么好处，研究小组在实验室中创造了不同的BMP配体混合物，并将它们添加到某些细胞中：乳腺细胞，胚胎干细胞和称为成纤维细胞的结缔组织细胞，均来自小鼠。令人惊讶的是，他们发现细胞解码来自配体组合的信息，而不是单个配体本身。

“有一天，我来到实验室并将两个配体混合在一起，每个配体都非常强烈地激活细胞，”加州理工学院生物和生物工程博士后学者Yaron Antebi说。“但是当我第二天检查细胞时，根本没有任何反应。这导致我们推测细胞不是在听单个配体，而是听配体的组合。这是有意义的组合。不同的组合配体编码不同的细胞指令。“

该小组还观察到，不同类型的细胞可以通过执行不同的计算从相同的配体组合中提取不同的信息- 一个细胞可以添加两个配体的浓度以接收信息，而另一个可以测量两个配体的比例以解码另一个信息。“我们惊讶地发现，这些配体中不仅有一种信息编码，”Elowitz实验室的研究科学家James Linton说。“不同的细胞可以从相同的分子中提取不同的信息，例如增殖或分化的指令。”

该小组发现，使用相同分子编码多个信息的这种能力的产生是因为不同的细胞类型在其表面上表达不同的受体组合。

该通信系统的一个特征是小区能够将消息寻址到特定小区类型。“这有点像在一个拥挤的房间里，每个人都在说话，有人想引起你的注意，所以他们大喊你的名字，”Elowitz说。“其他人可能会自动忽略它，但你要注意;你是那个消息的目标。”

“这种通信选择性非常有用，”Antebi补充道。“你可以想象，如果你骨折了，你只需要受损区域的骨细胞扩散并重建受损区域，而不是周围的所有细胞。”

这些发现为理解信息如何在分子间分布提供了基础。虽然该研究处于早期阶段，但是对细胞通讯的更好理解可能会导致设计出可以针对肿瘤或特定细胞类型而不影响任何其他细胞的生物药物。