液体的流动状态有几种(液体越黏，游得越快？)
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液体的流动状态有几种(液体越黏，游得越快？)
一个反直觉的事实
在一池清澈的水里和一池黏稠的油里游泳，哪个会比较快？按常理推测，黏度（即流动阻力）越高的液体中，阻力更大，而油的黏度比水大，因此它应该会导致我们的移动不那么自如。
然而，这个常理似乎并不适用于细胞。在我们的体内，细胞暴露在各种有着不同黏度的液体中，这些液体的黏度通常在0.77厘泊到8.0厘泊之间。
近半个世纪以来，越来越多科学家相信，人体体液的反常黏度可能与许多疾病相关。然而，迄今为止，大多数细胞生物学研究都主要是用与水（约0.77厘泊）类似的低黏度液体进行的。因此，一直以来，科学家并不甚了解高黏度的细胞外液对细胞的影响。
直觉上，我们可能会认为，高黏度液体中的阻力更大，从而会阻碍细胞的有效移动。然而，事实果真如此吗？现在，一项于近期发表在《自然》杂志上的新研究表明，以癌细胞来说，包围着细胞的细胞外液的黏度越高，癌细胞就越容易从原发性肿瘤转移到身体的其他部位。
关键的离子通道：TRPV4
细胞的移动要归功于细胞骨架蛋白，其中，肌动蛋白是这些细胞骨架蛋白中的一种。肌动蛋白能聚合成长的细丝，在它们的帮助下，细胞能很好地维持自己的结构。
在这项新的研究中，研究人员发现，当肌动蛋白感受到更高的阻力时，它们的丝状网络就会变得特别致密。这时，位于细胞膜上的泵蛋白的活性就会增加，使离子和水分子通过细胞膜。当细胞感受到阻力和肌动蛋白的网络增长时，大量的水开始从外部流过细胞膜，导致细胞肿胀，细胞膜拉伸。
黏度传感途径。（图/Bera, K. et al./Nature (CC BY 4.0)）
在细胞的导端，这种膜张力的增加激活了一个信号通路，其中包括一个被称为TRPV4的离子通道。它可以感知物理信号，对机械应力做出精确反应。
当细胞打开TRPV4通道时，各种离子可以通过，包括钙离子。钙作为细胞内各种过程的信号，对新陈代谢和马达蛋白均有影响。因此，由于钙的流动，细胞在移动时，其产生力的能力也会增强，最终推动细胞移动得更快。
换句话说，这就好像是在黏度较低的介质中，细胞认为没有必要那么“努力”，因此缓慢地爬行；但当黏度增加，细胞就开始“紧张”起来，“努力”地爬得更快。
高黏度记忆
此外，研究人员还发现，细胞能够“记住”它们近期周围环境中的黏度，因此即使黏度下降了，它们也会继续快速移动。这就好比是细胞在高黏度的情况下去“健身房”进行过高强度训练，使得它们拥有发达的“肌肉”（肌动蛋白和肌球蛋白），性能更加优越，因此在游动时可以更快地到达目的地。
这种“黏度记忆训练”对正常细胞和恶性细胞都有效。在新研究中，研究人员聚焦的恶性细胞是那些从原发性肿瘤中分离出来，并开始在其他器官上定植的转移细胞。如果这些细胞已经在高黏度的介质中待了一段时间，那么当它们进入血液中时，其移动速度就会比那些在没有经历过黏度增加的液体的细胞更快。
科学家已经知道，随着正常细胞和癌细胞分泌的大蛋白的降解，以及由于原发肿瘤的生长而导致的淋巴管引流受阻，细胞外液的黏度会随之升高。新的结果表明，通过干扰离子通道，或许就可以影响癌细胞的转移速度。
研究人员试着敲除了TPRV4通道。他们发现，这样做之后，细胞的快速移动便受到了阻断，并且细胞在预先暴露于高黏度环境中形成记忆的能力也随之消失。
在实验中，研究人员用3天大的斑马鱼胚胎作为模型，来证明“高黏度记忆”可以使细胞在活体血管中更快地移动。他们还用鸡的胚胎和小鼠模型证明了，这种记忆可以通过一个被称为外渗的过程，增强癌细胞向血管外的扩散，并导致出现更多的转移群落。
目标：减缓癌细胞转移
新研究揭示了一种促进癌细胞扩散的新机制，明确了细胞是如何感知并对健康的个体和患病的患者体内常见的液体黏度水平做出反应的。现在，许多正在进行的研究正试图寻找能抗击癌症转移的新靶点，新的研究结果可以为这些研究带来新的启发。
接下来，研究人员还计划继续研究细胞外液黏度是否会影响其他生理相关的细胞过程。他们表示，如果可以在实验室动物模型中，研究原发性肿瘤和从原发肿瘤扩散的癌细胞，以及在疾病进展和侵入组织微环境的过程中，细胞会如何对细胞外液黏度的局部变化作出反应，将十分有意义，这或许能为攻克癌细胞转移这一问题作出关键贡献。
参考来源：
https://www.hopkinsmedicine.org/news/newsroom/news-releases/extracellular-viscosity-linked-to-cancer-spread
https://www.nature.com/articles/d41586-022-03328-w
https://tekdeeps.com/in-a-viscous-environment-cells-crawl-faster/
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05394-6
封面图/首图：Dr. Selma Serra via Johns Hopkins Medicine
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