微小的毛发状结构的运动是我们健康的关键吗?

纤毛是一种微小的毛发状细胞器，通常是人体抵御肺部和呼吸道病原体的第一道防线，甚至还能帮助推动精子协调运动，目前人们对纤毛是如何协调运动的知之甚少。南加州大学学者的新研究确定了纤毛有效和富有成效地工作以推动颗粒和液体的机制，考虑到它们在健康甚至确保生殖方面的关键作用，这一点尤其重要。

考虑到很难接触到纤毛的位置，比如肺研究人员经常研究水生微生物，以深入了解纤毛的运动，因为纤毛的结构在物种之间是保守的。在健康的身体中，运动纤毛相互协调以实现特定的运动模式，因此它们可以引导液体朝着特定的方向流动(例如，肺部纤毛没有协调运动，肺组织就有细菌和病毒积聚的风险)。南加州大学的研究人员进行了计算实验，以更好地了解纤毛如何在不同的协调模式之间转换，例如在同一方向上划船和在不同方向上移动。研究人员发现，这些运动方向的变化以两种方式之一发生:改变纤毛之间同步活动的水平或改变纤毛的活动水平。研究结果发表于物理评论快报．

Zohrab A. Kaprielian工程研究员、航空航天和机械工程教授Eva Kanso说，这是至关重要的，因为在哺乳动物组织中，纤毛位于上呼吸道等地方，在那里它们形成了抵御环境颗粒、病毒和细菌的第一道防线，因此了解它们的工作原理变得更加重要。纤毛可以迫使粘液从肺部排出或帮助精子沿着生殖系统遇见一个鸡蛋。

“当纤毛不协调时，每根纤毛都朝着不同的方向移动。它们的目的是推动液体，如果每根纤毛都与其他纤毛相互作用，它们就无法以一致、连贯的方式实现这一目标。”坎索说。

但是除了协调之外，Kanso说，下一个最大的考虑是纤毛如何从一种协调的运动模式过渡到下一种。“细胞的命运取决于这些转变。”

环境也可能发挥作用。在肺中，环境的改变——可能是病变组织的结果——会引发纤毛活动水平的变化。因此，纤毛可能不太协调，这种向不协调状态的过渡可能对肺的健康有害。如果没有适当的运动将有害细菌和颗粒清除出肺，它可能会在肺内积聚。Kanso说，反过来，这可能会改变纤毛的环境，导致一个反馈循环，继续抑制正常的纤毛功能。

Kanso说，这项研究还表明，纤毛之间的耦合水平可以改变过渡行为，这可能会改变某些疾病的进展，例如肺部疾病。鉴于此，她的团队希望将他们从更广泛的睫状床研究中获得的工具和技术转化为与助理教授Amy Ryan博士和高级研究科学家Janna Nawroth博士的合作，两人都来自南加州大学凯克医学院。

Kanso和博士后学者Yi Man的研究集中在一对纤毛的相互作用上。在未来，他们希望观察整个纤毛床，不仅希望进一步了解纤毛的功能，还希望进一步了解纤毛的协调如何反映生物体的健康。

“长期的愿景是，也许会有某种方法，不只是看个人纤毛但是培养纤毛组织——例如基于人类细胞拭子——来观察它的协调性。细胞的协调程度可以作为一种诊断工具，以更好地了解疾病的进展程度以及患者的预后，”Kanso说。

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