滲透壓：細胞生長和免疫反應的秘密

報道：加州大學圣地亞哥分校（UCSD）醫學院的研究人員證明細胞滲透壓對細胞的生長和機體抵御侵染的免疫反應是至關重要的。這些發現可能對自身免疫病、移植排斥和找出潛在的癌癥治療方法有一定意義。相關文章發表在2004年7月5日的Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS)的網絡版上。

這項對小鼠的研究首次
提出證據，證明一種開啟基因表達的轉錄因子對一定滲透壓環境下細胞的正常增殖非常重要，也是機體對入侵病原物產生免疫反應所必須的。

當細胞內、外環境的分子濃度不同時就會產生滲透壓。這種情況下，水分通過滲透流入或流出細胞，從而改變細胞的內環境。高滲透壓迫使水分從細胞中擴散出來導致細胞收縮，這種情況會使DNA和蛋白遭到破壞、細胞周期停滯以及最終使細胞死亡。細胞通過激活滲透壓反應途徑來響應滲透壓變化。這個途徑由一種叫做NFAT5（T細胞活化核因子5，nuclear factor of activated T cells 5)/TonEBP(彈性增強結合蛋白，tonicity enhancer binding protein)的基因控制。NFAT5/TonEBP蛋白是唯一已知的能由高滲透壓激活的哺乳動物轉錄因子。

Ho在敘述研究組的工作時說，之前人們認為腎臟是身體中唯一受到滲透壓影響的組織：腎臟通過一種機制來控制血液中水分和鹽的量，從而導致腎臟局部區域的滲透壓非常高。

“作為免疫學研究者，當發現一種能協助腎臟細胞適應滲透壓的蛋白也在免疫系統中得到表達時我們感到相當的疑惑，”Ho說。“因為，之前沒有證據說明身體內免疫系統細胞或腎臟以外的細胞也明顯地受到滲透壓的影響。”

研究身體內細胞所承受壓力的其中一個難點是在實驗室中幾乎不可能精確地再現活體狀態下具有特殊微環境的組織的復雜性。為了研究滲透壓，研究組構建出一種不表達NFAT5/TonEBP的小鼠。他們發現小鼠免疫系統受損，滲透壓存在時小鼠細胞不能生長。

“我們現在認為某種組織微環境中的細胞增殖過程細胞是暴露在滲透壓下的，”Ho說。“如果細胞不能適應滲透壓，那么它就不能生長。免疫系統尤其依賴這種滲透壓反應，因為要想成功地抵御病毒或細菌的侵入，免疫系統的細胞就必須進行快速的增殖。”

UCSD的病理學助理教授、文章的第一作者Steffan N. Ho博士指出這些新發現為開發出治療自身免疫疾病、移植排斥和癌癥藥物帶來了新的希望。

“尤其讓我們感到振奮的是這些研究結果對癌癥細胞生物學的意義，因為無法調節惡性細胞的生長使得腫瘤中的血管和淋巴管不能正常生長，可能影響到滲透壓，所以使腫瘤的組織微環境顯得非常獨特。如果身體內癌細胞的生長必須有一種適應滲透壓方法，那么這個壓力反應途徑將成為鑒定抗癌藥物的新靶標。”

這些研究得到了美國國家衛生中心的資助，研究所用的核心設備由美國國家癌癥中心提供。