器官如何从一团细胞精确地“雕刻”出最终形态？ 美国北卡罗来纳大学教堂山分校（UNC-Chapel Hill）的研究团队在 Science Advances 上发表了一项突破性研究，揭示了一类长期被忽视的细胞——间质样迁移细胞——在器官塑造中扮演着意想不到的主动角色。通过对果蝇睾丸发育过程的实时活体成像，研究者发现这些细胞并非静态“砖块”，而是通过集体迁移与精密通讯，从外部缠绕、扭转并定型器官结构。这一机制可能为理解癌细胞转移与发育性疾病提供全新视角。

两类细胞：从“砖块”到“舞蹈家”

在器官发育的传统模型中，上皮细胞被视为静态的结构单元，像砖块一样排列成屏障或管腔；而间质细胞则被认为具有迁移能力，但其在形态发生中的具体贡献长期被低估。

本研究聚焦于果蝇睾丸发育——一个从初始椭圆形最终扭转成螺旋状结构的模型系统。研究者发现，一组肌肉前体细胞（属间质样细胞）在睾丸表面活跃迁移，并最终在外部收紧，像“雕塑家的手”一样塑造器官的最终形态。

实时成像：捕捉细胞“编舞”

与以往依赖固定组织切片“快照”的研究不同，该团队应用了实时活体成像技术，在数小时内连续追踪细胞的动态行为。这一方法揭示了静态图像无法呈现的关键信息：

• 细胞并非随机迁移，而是呈现集体性、方向性的运动；

• 迁移过程中细胞间保持接触与协同，形成类似“编队”的结构。

“如果只看静态图像，就像用几张截图去理解篮球比赛的规则——你会错过整个‘编舞’过程。”论文第一作者Maik Bischoff博士形象地解释道。

信号通路：借用“大脑发育”的通讯系统

最令人意外的发现是，这些迁移细胞使用了一种通常与神经系统发育密切相关的信号通路——Plexin/Semaphorin信号轴。该通路在轴突导向、神经元迁移中起核心作用，但在器官形态发生中此前鲜有报道。

研究者通过基因干扰实验证实：

• 当Plexin或Semaphorin表达被抑制时，肌肉前体细胞的集体迁移模式瓦解，睾丸扭转形态出现异常；

• 该通路调节了细胞间上皮–间质平衡（epithelial-mesenchymal balance），使细胞在“静态支持”与“动态塑造”之间灵活切换。

这一发现提示：不同器官（如大脑与性腺）在演化中可能共享一套形态发生工具。

从发育到癌症：迁移细胞的共同语言

间质细胞的集体迁移不仅在器官发育中至关重要，也是癌细胞侵袭与转移的核心特征。肿瘤中的癌细胞常发生上皮–间质转化（EMT），获得迁移能力，并以集体方式侵入周围组织。

研究者指出，理解这些细胞如何协调运动、感知边界、集体决策，可能为干预癌细胞扩散提供新靶点。例如，Plexin/Semaphorin通路在多种肿瘤中异常表达，与患者预后相关，但此前其功能多归因于血管生成或免疫调节；本研究提示，它可能直接调控肿瘤细胞的集体迁移行为。

“间质细胞在器官发育中常被忽视，但它们极其活跃且具有影响力。”资深作者Mark Peifer教授总结道，“通过实时观察它们，我们正在揭示细胞如何通讯、协作来构建复杂结构——以及当这一过程出错时，会发生什么。”

科学意义与未来方向

该研究不仅重塑了我们对器官形态发生的理解，也建立了发育生物学与癌症生物学之间的概念桥梁：

• 方法层面：活体成像在果蝇中的成功应用，为在其他模型中研究集体细胞迁移提供了范式；

• 机制层面：Plexin/Semaphorin通路成为连接发育塑性与肿瘤侵袭的潜在枢纽；

• 临床层面：未来或可探索针对该通路中关键分子的干预策略，阻断肿瘤的集体侵袭。

参考信息
Reference: “Plexin/Semaphorin antagonism orchestrates collective cell migration and organ sculpting by regulating epithelial-mesenchymal balance” by Maik C. Bischoff, Jenevieve E. Norton, Sarah E. Clark and Mark Peifer, 18 June 2025, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adu3741