图:正常纤毛(左)分泌的细胞外囊泡(EV)比正常纤毛分泌的大。
全世界大约每1000个人中就有一个患有纤毛病。症状包括视力障碍、听力丧失、肥胖、肾脏疾病、智力残疾和许多其他(在某些情况下是严重的)疾病，这些疾病也可能同时发生。目前还没有可用的治疗方法，因此只能通过提供肾脏移植等方法来处理伴随的问题。“大约20年前，我们才发现初生纤毛在这方面的重要作用。美因茨约翰内斯古腾堡大学(JGU)的海伦·梅-西梅拉教授解释说。这位生化学家对Bardet-Biedl综合征(BBS)进行研究，这是最严重的纤毛病之一。她的团队现在发现，有缺陷的纤毛发出的信号会加重病人的病情。
原发纤毛有问题会引起一系列症状
初生纤毛很小，像睫毛一样从细胞表面延伸出来。几乎人体的每个细胞都有纤毛，但这些突起的缺陷并不一定会导致所有组织的严重问题。然而，由于它们在所有种类的细胞中无所不在，相关的缺陷可以影响许多不同的器官和组织，从而导致广泛的潜在症状。在过去，通常不可能将各种相关综合征的原因归因于纤毛病。由于基因诊断的发展，现在更容易将纤毛病确定为某些遗传疾病的潜在问题。
Bardet-Biedl综合征影响全球人口中每25,000人中就有一人，因此相对罕见。同时，它被认为是一种典型的纤毛病，因为它的多种影响。“患者表现出几乎所有可能的相关症状。他们可能会失明，多出手指或脚趾，变得肥胖，出现肾脏问题，并经常伴有继发性疾病，”梅-西梅拉在描述BBS的症状时说。由于其复杂性，BBS在基础研究和相关治疗药物的生成方面是一个有价值的模型，其结果应适用于其他形式的纤毛病。梅-西梅拉强调说:“一旦我们了解了这个模型系统是如何工作的，我们也应该能够了解其他纤毛病。”
纤毛控制细胞之间的通讯
长期以来，人们认为初生纤毛是退化的细胞器，因此是多余的。但我们现在知道，这些微小的结构负责许多细胞过程。纤毛实际上控制着细胞间的通讯，”生物化学家解释道。当纤毛不能正常工作时，疾病就会发生。它们就像细胞的天线，接收传入的信号。梅-西梅拉的研究小组首次证明，哺乳动物的纤毛不仅可以捕捉信号，还可以将生物相关信号传递给其他细胞。在这方面，纤毛调节被称为细胞外囊泡的充满液体的小囊泡的释放。这些细胞含有被接收细胞接收到的生物活性信号，在那里它们控制着下游的细胞过程。目前，我们并不真正了解它是如何工作的。”梅-西梅拉将这一过程比作邮政系统，在邮政系统中，小包裹从一个细胞发送到另一个细胞。当包到达时，它们被解包，内容在接收单元中触发其他操作。到目前为止，只有证据表明藻类和其他原始生物的纤毛会产生这种信号。
海伦·梅-西梅拉博士的团队现在已经能够证明，这种情况也发生在哺乳动物的肾细胞中。此外，研究人员发现，受损细胞分泌的小囊泡数量几乎是健康细胞的四倍。当这些小泡到达接收细胞时，它们会沉淀机制，导致缺陷的恶化。梅-西梅拉解释说:“不正常的纤毛会发出错误的信号，导致接收细胞产生错误反应。”肾细胞尤其适合这类研究，因为肾疾患是BBS最常见的症状，也是该患者组死亡的主要原因。
与其他生物团队成功合作
细胞外囊泡的这一主要功能是与JGU发育生物学和神经生物学研究所Eva-Maria Kr?mer-Albers教授团队合作确定的。这些微小的包裹是细胞外囊泡，含有蛋白质、RNA，有时甚至是DNA。Kr?mer-Albers补充说:“很明显，有缺陷的纤毛越来越多地分泌出含有不同内容的更小的囊泡。”
分子生物学研究所(IMB)的René Ketting教授也参与了该项目，他补充说:“我们甚至在微小囊泡包中发现了microRNA，即参与基因调控的非常短的RNA片段。”目前的假设是，调节细胞内信号链正确序列的是microRNA。
Bardet-Biedl综合征蛋白调节生物活性细胞外囊泡的释放