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了解細胞，才能了解你的身體機制，甚至能提前預知疾病。從350年前發現細胞，包括細胞核1831年被發現以來，這一百多年，我們叫細胞器也就是一二十種，非常少，而劉冀珑和他的團隊發現了一些新的細胞結構——細胞蛇。

為什麼細胞蛇如此重要？觀看他在@一刻talks上的分享。

*本期講者：劉冀珑

上海科技大學生命科學與技術學院副院長、教授

四年前的夏天，我在海邊散步，拍了屏幕上這張照片。我回頭看到一個木樁，木樁上有個地圖，地圖上寫着“Robert Hooke Trail”，就是羅伯特·胡克小路。

當時很奇怪，在這個小島上為什麼會有這個路标呢？後來一查谷歌，就發現這是羅伯特·胡克的家鄉——英國的懷特島，所以我當時很開心。

誰是羅伯特·胡克呢？學生物的同學都知道，這是個多才多藝的人。

這個畫面的就是胡克。仔細看看這個畫面，他手上拿到一支筆，因為他小時候希望成為一個畫家，他手上還拿了個彈簧，因為他提出了胡克定律。在我們的高中或者初中的物理學教材裡面的胡克定律就是他提出來的。

胡克定律是什麼意思呢？彈簧拉的越長，力量越大，壓得越短，它力量反彈的也越大，因為它的伸縮的長度跟它力量成正比，這就是胡克定律。

這畫面右上方有月亮的黃金山，因為胡克也制造了望遠鏡，通過望遠鏡可以看到月亮上的黃金山，看到火星的運動。

胡克有一個非常有名的事情，看畫面右下角，這是個複合的顯微鏡，它有兩個棱鏡。我們肉眼能看到的大概是頭發絲大小的東西，但是胡克因為有顯微鏡，所以他能夠把身邊很小的東西，都拿到顯微鏡下看，他不但看還把它畫出來，不但畫出來，還把它描述出來。

比如針尖，我們看到針尖非常細、非常鋒利。但是他拿到顯微鏡下看了以後，發現這針尖實際上不是那麼鋒利的，是鈍的，中間的表面還是凹凸不平的。他把它畫了出來，還用了一頁的紙把它寫出來，這是其中一個例子。

所以胡克就積累了很多小的東西，當然有的東西實際上是你可能難以想象的。他到衛生間，到小便池畫了一些東西，那些精品把它放在顯微鏡下然後畫下來。

所以積累了很多，最後他出了一本書。這本書的名字叫《顯微術》，總共有58張圖。因為他有很多描述，他的文字寫得非常優美，所以大家如果想學英式英語，我建議你可以去讀一讀這本書。

這本書是1665年出版的，出版後就引起了轟動，因為大家肉眼都沒法看到那麼細微的東西，但是胡克把它描述出來。

其中很有意思的是，他除了看針尖之外，也看到我們平時喝葡萄酒的軟木塞，把軟木塞拿下來，用刀片把它切開，然後在他顯微鏡下看。

他看到什麼呢？看到有很多孔洞一樣的東西，他把它也描述出來。把它翻譯成中文，就說這裡面有很多很小的小盒子，他用英文Cells表示。

在當時修道院的那種小的房間，或者是監獄裡面犯人的小房間牢房，我們叫cells，但這個cells在生物裡面就叫細胞。谷歌是第一個把細胞這個單詞用在生物體的。

那是1665年的354年以前，後面的科學家發現，細胞實際上是動物、植物，還有我們見到的微生物的基本的組成單位，是我們生命體的基本組成單位，所以細胞裡面有很多有意思的東西。

胡克本人後來也是在牛津大學讀書，然後在牛津大學做老師。這是第一個故事。

目前在教科書上還沒有出現的一個結構，這個結構的名字叫細胞蛇。這個詞英文是源自希臘語，cell的意思是細胞，Cytoophidia是蛇的意思。這個單詞你看到的目前是複數，如果是單數的話，最後的dia要變成dium，這是單數。

在這個結構裡面，我們發現有個重要的酶——CTP合成酶。這個反應式中，這個CTP叫CTP核酶或者叫CTP核脂酶，它是催化、代謝，是個非常重要的一個核苷酸。

我們身體内DNA很長，RNA也很長，但有四種基本的核苷酸。ATP、CTP、GTP、UTP。

線粒體裡面就制造ATP，ATP是提供能量的載體，身體的很多反應是需要ATP的。每一天ATP在你身上周轉的速度是可以相當于體重那麼多。可以想象一下，這是個天文數量的計量。

GTP是同樣的，也是作為RNA的基本組成部分，同時它也是能量載體。所以很多反應跟它有關系，所以CTP核酶被研究得非常的透。

在生物化學的教科書上，CTP核酶作為一個教科書範例來講，酶和底物是怎麼作用的，所以這是非常重要的酶。但是生物化學研究的一個主要的特點是把細胞打破了。

在細胞裡面，細胞沒有打破時是長什麼樣子的？我們喝咖啡的時候，經常會有個小東西，那就是果蠅，它的蛋白比較高的，或者是水果攤也會看到很多，它跟我們日常的家蠅是很類似的。它不是昆蟲，有六條腿，也應該有兩對翅膀，但是這一類後面的那些翅膀就變成平衡棒，所以叫雙翅目。

為什麼用它做研究？因為它跟我們很不一樣。人從小孩到成年大概18歲，有人可能到了28歲還沒成熟，但是果蠅從蛋到成蟲隻要十天時間。我們成年人或者是發育期的女性，每一個月大概排卵一到兩個。果蠅是每半小時排卵一個，一天就排卵48個，所以它産量非常高，這也是為什麼我用果蠅做實驗。所以果蠅被遺傳學、發育生物學做了非常好的一個模型。

果蠅腹部有一對卵巢卵管，就是這個卵巢，我們叫做像手一樣，每根手指就相當于我們叫的卵巢管。這裡面有很多細胞類型，但是主要有三種，一種是綠色的，我們叫體細胞，叫濾泡細胞，還有裡面有16個生殖細胞，15個是叫nursing cell，就是護理細胞，就像提供營養RNA，還有蛋白質給洛美細胞。

所以我們現在看看CTP在果蠅的生殖系統長得什麼樣子，這裡看到就是這個，CTP是綠色的，CTP核酶是綠色的，然後紫紅色的是濾泡細胞的細胞核。所以你看到每一個細胞裡面都有一根這種像杆狀的結構。

這個是在2007年，我在牛津大學建實驗室的時候，在一個偶然的情況下面發現了這個現象。所以當時很興奮，覺得好像發現了一個跟纖毛一樣的結構。

纖毛也是細胞器，直到最近一二十年才發現纖毛非常重要。但是後來，大概十年前，我花了兩年多時間後發現它不是纖毛，所以一度非常沮喪，就不想做這個實驗了。

2010年的元月份，我的一個同事就說，你最近有什麼發現，我就跟他講，我發現了個什麼東西，我以為是纖毛，結果不是，所以就蠻沮喪的。他就說，你應該給它取個名字，所以在他的啟發下，因為一杯咖啡啟發下，我們最後決定給它取了個新的名字。

在生殖細胞裡面，它裡面有特别長的，還有特别小的那種，成千上萬這種結構，這是在光學顯微鏡下能夠看到的。所以我們最後把特别大的變化叫macro-cytoophidia，就是大的細胞蛇。那小的叫micro-cytoophidia，較小的細胞蛇。

當時就覺得這個可能是果蠅的。因為它雌性生殖系統那麼能下蛋，是不是因為跟磁性的果蠅特别相關，所以我當時就提出一個猜測，這個東西是在雌性果蠅裡面獨一無二的。

猜測很快被證實是錯誤的。因為我打開果蠅的别的組織解剖就發現，在它的大腦、氣管、腸道裡面都有這個結構。最後我在2010年的5月份把這文章發表了。當時就說，我在果蠅裡面發現一種像蛇一樣的結構，所以我們決定給它取名叫細胞蛇。

這是在2010年5月初，當時投稿到一個雜志，審稿人覺得這個文章挺有意思的，所以不用修改，直接發表。這是目前為止我發表的所有文章裡面速度最快的，而且是唯一的一個不用修改的文章，我也比較開心。

過了兩個月，在2010年的7月份，在另外一個雜志叫《nature》，也是蠻好的一個雜志，普林斯頓大學的一個實驗室發現在細菌裡面，Cytoophidium就是CTP核酶也能形成這樣的結構。

又過了一個月，加州大學聖地亞哥分校一個實驗室發現，在我們平時做啤酒的酵母菌裡面，CTP合成酶也能形成這個結構。

所以那年夏天有個北大的一個三年級的本科生到我實驗室做實習，我說你看看人的細胞裡面有沒有？所以他花了三個月之後，發現人的細胞裡面也有，所以我們第二年把文章發出來了。

頭一年在佛羅裡達大學的Marty Cohn實驗室獨立發表同樣的結果，所以這五篇文章在兩年之内都說明什麼呢？說明細胞蛇是個非常保守的結構。

我們的地球有46億年，生命是在38億年前出現。原核生物也就是細菌和真核生物包括我們人，是在30億年以前就已經分開了。但是他們的細胞經過風吹雨打，30億年還一直存在，就說明這細胞蛇是一個非常古老的結構。

在我們的身體裡面存在了非常多的細胞蛇，我們現在不知道确切的數量。但是非常多的細胞蛇存在這麼久，默默在奉獻。所以我們認為它一定是做了很多非常根本的工作。

所以從那時開始，我的實驗室就以細胞蛇為主題，開始研究關于細胞蛇的結構和功能。

2010年《nature》雜志，他們也專門寫了一篇綜述，就是一篇新聞，就講這細胞蛇是個很有意思的一個現象，它講了五個結構，細胞蛇是其中之一。《細胞》雜志還有個細胞圖片秀，他覺得這個圖片挺有意思的，也邀請我發表在那裡。

我要特别感謝這位老先生，這是我在牛津大學剛剛建實驗室的時候，這個老先生是我的導師，他從美國趕過去的，這邊是我三個學生。這個老先生現在92歲，我上個月去看他的時候，他還在自己親手在做實驗，所以他一直是我的楷模。

另外我也感謝我現在所在的上海科技大學，我是三年前加入的上海科技大學，這是我們的課題組，現在他們90%的人都在做細胞蛇的研究工作。

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