Cell | 是什么决定了细胞的大小？

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作者：K 来源：生物探索

2024-07-01

细胞的大小在多细胞生物中存在巨大的差异，例如人类体内的细胞大小可以跨越至少五个数量级。即使在简单的多细胞生物如秀丽隐杆线虫(C. elegans)中，细胞大小也可以跨越两个数量级。细胞大小的这种巨大差异表明，特定的细胞角色需要最佳的细胞大小。

细胞的大小在多细胞生物中存在巨大的差异，例如人类体内的细胞大小可以跨越至少五个数量级。即使在简单的多细胞生物如秀丽隐杆线虫(C. elegans)中，细胞大小也可以跨越两个数量级。细胞大小的这种巨大差异表明，特定的细胞角色需要最佳的细胞大小。

细胞大小与DNA含量成比例，在近亲物种之间甚至同一物种内，这种比例关系非常明显。例如，酵母(Yeast)、某些人类细胞、许多植物和蝾螈(Salamanders)中，由于倍性(Ploidy)的增加，DNA含量会增加，细胞大小也会随之增加。此外，即使没有倍性的变化，DNA含量的增加也会导致细胞大小的增加，例如通过移动元件数量的增加。在红细胞中，细胞大小与DNA含量的增加呈线性关系。

细胞大小与生长速率也密切相关。在所有生命等级中，这种关系普遍存在。例如，在富营养条件下快速生长的细胞比在贫营养条件下缓慢生长的细胞更大。这种关系首先在细菌中被发现，被称为“生长定律”(growth law)。即使在相同的营养条件下，酵母细胞也表现出生长速率的随机差异，而这种差异与细胞大小成正比。这种关系可能是一种适应机制，使单细胞生物能够在较少的营养资源下进行更多的细胞分裂。

细胞生长对于细胞周期的进展是必需的。例如，经典的实验表明，通过截肢阻止变形虫(amoeba)的细胞生长，会阻止细胞分裂，而那些在G1期出生的小酵母细胞会经历G1期的延迟，以允许更多的生长时间。在真核生物中，G1期末是评估生长的关键过渡点，被称为“起始点”(START)或哺乳动物中的“限制点”(restriction point)。尽管细胞生长对于细胞周期进展是必需的，但细胞周期进展并不是细胞生长的必要条件。

在分裂后细胞中，多细胞生物中细胞大小的变化主要是通过分裂后细胞的生长和分化产生的。这种细胞大小多样性的生成需要启动生长程序的机制，以及确定适当生长量以终止该程序的机制。

关于细胞大小控制的两种模型是“加法模型”(adder model)和“定量模型”(sizer model)。“加法模型”认为，在每个细胞周期阶段或整个细胞周期中，无论起始大小如何，都会增加一个恒定的生长量。而“定量模型”则认为，只有在达到某个临界大小时，细胞周期进展才会发生。

已有很多研究揭示了细胞大小控制的复杂性和多样性，表明细胞大小的调控不仅仅是生长和分裂的结果，还涉及一系列精细的调控机制。这些机制在保持细胞功能和生物体的正常发育中起着至关重要的作用。（5月23日 Cell “SnapShot: Cell size control”）

细胞大小的调控（Credit: Cell）

细胞大小的调控（Credit: Cell）

参考文献

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