Science：毀滅細胞的致命錯覺

　　魔術師總是利用大腦的感知偏差，讓觀眾產生錯覺或者忽視他們的小花招。加州大學舊金山分校的研究團隊發現，單細胞的酵母也會被精心設計的錯覺迷惑，并因此而死亡。這項研究可以幫助人們開發新療法，對抗包括癌癥在內的多種疾病。

　　“感知和應答環境的能力是所有生物的基本屬性，”文章的資深作者Wendell Lim博士說。“這一過程當然可能產生錯覺，不論這種錯覺是基于細胞內的分子感應器還是大腦中的神經元。”

　　Lim及其同事發現，酵母會將特定頻率的壓力模式（鹽濃度振蕩）看成大規模持續性的壓力增漲，結果做出過度反應導致自身死亡。這項研究于十一月十九日發表在Science雜志上。Lim指出，這項研究為人們提供了看待單細胞感知能力的全新方式。細胞錯覺的這種威力巨大，有望幫助人們更好的治療疾病。

　　壓力應答的頻率

　　“我們一直致力于研究細胞對信息的解讀。頻率是所有通訊方式的關鍵，比如用聲音交談或是傳遞無線電信號。那么，細胞是否也使用這類信息呢？我們對此還知之甚少，”Lim說。

　　為了解決這一問題，Lim實驗室的兩名博士后Ping Wei（現在北京大學生命科學系）和Amir Mitchell建立了一個特殊的體系。他們將酵母暴露在溫和的壓力條件下（少量增加環境中的鹽分），并且以不同的頻率在基礎鹽濃度和較高鹽濃度之間來回振蕩。

　　正常情況下，酵母細胞內的感知分子檢測鹽濃度變化，并指揮細胞做出相應的應答，生產一種保護性的化合物。短暫的應答之后，酵母細胞會開開心心的繼續生長，仿佛沒有發生過什么變化。研究人員發現，每分鐘或者每32分鐘開關一次鹽脅迫，酵母細胞都能很好的適應環境改變。但當他們嘗試八分鐘的鹽濃度振蕩時，細胞很快就停止生長，而且開始死亡。

　　“這令我們非常驚訝，”Mitchell說。“這些細胞應當能夠處理這種水平的滲透壓，但它們卻完全忍受不了那個特定的頻率。我們還從未看到過這樣的情形。”

　　用錯覺來對抗癌癥？

　　研究人員對這種頻率依賴的細胞毒性進行了深入研究。MAPK通路是酵母細胞的鹽分感知系統，研究人員在計算機模擬和實驗中改變了MAPK通路的分子路徑，揭示了酵母細胞對鹽濃度變化產生的誤解。研究顯示，MAPK通路的建立方式導致細胞將八分鐘振蕩解讀為鹽濃度的不斷提高。結果酵母細胞的保護性應答過度激活，最終造成了細胞死亡。

　　“酵母細胞為什么會演化出這么奇怪的鹽濃度振蕩敏感性呢？”Mitchell解釋道。“其實它們并沒特意這樣做，這種敏感性只是一個副作用。在酵母細胞中，介導上述壓力應答的分子信號網絡是為天然環境設計的，而天然環境的鹽濃度通常是逐漸增加的。舉例來說，當晨露慢慢蒸發的時候，葡萄上的酵母就面臨鹽濃度的緩慢增加。酵母總認為鹽脅迫會越來越嚴重，這樣的錯覺成了它們的致命弱點。”

　　研究人員指出，其他細胞（包括人類細胞）也可能具有產生某種錯覺的傾向性，可以用精心設計的錯覺進行誘導。人類癌細胞應答化學生長因子的信號通路，與酵母感知壓力的MAPK通路關系相當密切。研究這些細胞的感知錯誤有助于誘導癌細胞自殺，這種策略能夠避免影響附近的健康細胞。

　　Lim相信這些發現對生物醫學研究有廣泛的啟示，“和我們人類一樣，細胞對自己習慣的天然環境模式也有偏好，因此容易出現錯覺。理解這些偏好，我們就可以調整它們的行為。值得注意的是，時域（time domain）對細胞來說很重要。我們實施任何刺激（不論是鹽濃度、藥物還是光照）的時間模式對最終結果有很大的影響。”