DEUP1 在多纤毛细胞中作为基底足完整性与平面极性的支架

微小的“毛”如何帮助大脑液体流动

在大脑的脑室内部，一种称为脑脊液的清澈液体持续冲刷神经组织。这种流动由无数微小的“毛”或纤毛通过在特化细胞表面协调摆动来驱动。本文探讨了一种鲜为人知的蛋白质 DEUP1 如何在不声不响中维持这些毛状结构的对齐与协同工作——以及当这种支撑失败时会发生什么。

保持液体流动的微观刷子

我们体内许多表面覆盖着多纤毛细胞——这些细胞携带数十到数百根有节律摆动以推动液体的纤毛。在大脑中，多纤毛的室管膜细胞衬里覆盖脑室并帮助推动脑脊液，脑脊液负责输送营养、清除废物并影响新生神经元的迁移。每根纤毛由基底体固定在细胞内，类似于插在地里的旗杆。从每个基底体伸出一个小而倾斜的突起，称为基底足，它指向纤毛摆动的方向。当成千上万个基底足朝相同方向排列时，纤毛以协调的波动拍动，使液体沿单一、有效的方向流动。

为已知蛋白发现的意外新职责

DEUP1 最初以另一项功能闻名：帮助细胞快速制造构建可动纤毛所需的众多基底体。基于此，科学家们曾假设失去 DEUP1 会妨碍多纤毛细胞形成足够的纤毛。然而在小鼠中的早期研究给出了意外发现——完全缺失 DEUP1 的动物仍然生成正常数量的基底体和纤毛，且看似健康。这提出了一个谜题：如果 DEUP1 对建造纤毛并非必需，它在这些细胞中究竟在做什么？

作为基底足结构支架的 DEUP1

研究者使用高分辨率光学与电子显微镜绘制了 DEUP1 在成熟室管膜细胞中的定位图。与其出现在新基底体的制造“工厂”中，DEUP1 反而被发现嵌入在基底足本体，位于另一种结构蛋白 CNTRL 旁边。两者共同占据基底足的中间“层级”，位于固定基底足于基底体的区域与连接到细胞内部微管骨架的区域之间。当研究组在小鼠中敲除 DEUP1 时，这一基底足结构缩小：关键成分靠近基底体移动，基底足锥体的总体体积减小。随着时间推移，基底足的上部——微管附着处——似乎向细胞表面塌陷。

从显微尺度的错位到迟缓的液体流动

基底足的形状很重要，因为它编码了每根纤毛将以何方向摆动——这称为旋转性平面极性。在健康的年轻小鼠中，相邻基底体的基底足几乎都指向相同方向，液体沿着脑室壁平稳流动。在缺乏 DEUP1 的小鼠中，基底足变得错位，角度分布更加分散。置于室管膜表面的微小追踪微珠显示脑脊液仍有流动，但比正常动物更慢且路线不那么笔直。早期细胞内的基底体与纤毛数量基本未变；主要问题并非不能生成纤毛，而是失去了协调一致的定向。

长期磨损、损伤与进化保守性

随着 DEUP1 缺失小鼠的衰老，后果变得更加严重。机械上削弱的基底足在纤毛不断对抗流体阻力的摆动下无法提供良好锚固。在年老的动物中，基底体和纤毛逐渐丢失，特别是在靠近脑脊液排出点并承受较强流体剪切的区域。一些老年的敲除鼠出现脑室扩大，符合流体清除效率降低的情况。为测试 DEUP1 这一功能是否为哺乳动物特有，作者转而研究另一种经典的多纤毛系统——蛙胚的皮肤。在那里，DEUP1 同样定位于基底足，阻断其生成会破坏基底足的定向，并随后影响基底体的稳定性——表明这种支撑功能在脊椎动物中是保守的。

这对大脑健康有何意义

总体而言，这项研究将 DEUP1 重塑为基底足的长期结构支架，而非单纯的新纤毛构建者。通过维持这一微小突起的尺寸与形状，DEUP1 使纤毛保持一致方向并以协调的波动拍动，从而维持强健的脑脊液流动并保护细胞内部骨架免受长期机械应力的损伤。数十年生命过程中，这种显微级的对齐可能是防止轻微流动障碍促成大脑老化与疾病的悄然保障之一。

引用: Lee, H., Lee, J., Shin, M. et al. DEUP1 functions as a scaffold for basal foot integrity and planar polarity in multiciliated cells. Nat Commun 17, 3875 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70661-3

关键词: 多纤毛细胞, 脑脊液流动, 基底足, 纤毛极性, DEUP1 蛋白