最新研究：细胞生物电的隐秘来源

许多生物过程都受电信号调节——从神经冲动到心跳，再到分子进出细胞的运动。

　　

许多生物过程都受电信号调控，从神经冲动到心跳，再到分子进出细胞的运动。斯克里普斯研究所的科学家们一项新研究揭示了一种此前未知的生物电潜在调控因子：一种被称为凝聚体的液滴状结构。凝聚体最广为人知的作用是分隔细胞，但这项研究表明，它们还可以作为微型生物电池，从内部为细胞膜充电。

研究团队发现，当带电凝聚体与细胞膜碰撞时，会改变接触点处细胞膜的电压，进而影响跨膜电荷的流动量。这项发现于2025年11月18日发表在《Small》杂志上，揭示了细胞运作机制的一个全新基本特征，并有望在未来帮助科学家治疗某些疾病。

该论文的资深作者、斯克里普斯研究所教授Ashok Deniz说：“这代表了生物电领域的一个全新范式，对生物学和健康领域的电调节具有重大意义。

凝聚体是细胞器，即细胞内执行特定功能的结构。但与细胞核和线粒体等更为人熟知的细胞器不同，它们没有膜包裹。凝聚体依靠分子力和电场力的共同作用而聚集在一起。它们也存在于细胞外，例如神经元突触处。凝聚体参与许多重要的生物学过程，包括细胞区室化、蛋白质组装以及细胞内和细胞间信号传导。先前的研究表明，凝聚体表面带有电荷，但人们对其电特性与细胞功能之间的关系知之甚少。

“你可以把冷凝物想象成细胞内带电的液滴，有点像微型电池，”第一作者安东尼·古鲁尼安（Anthony Gurunian）说道，他是博士候选人，导师是德尼兹（Deniz）和斯克里普斯研究所副教授兼合著者凯伦·拉斯克（Keren Lasker）。“由于冷凝物通常可以带电，我们想测试它们是否能引起细胞膜两侧的电压变化。”

如果凝聚体能够改变细胞膜的电学特性，那将具有重大意义，因为许多细胞过程都受到细胞膜电压变化的调控。例如，离子通道——一种能够快速跨细胞膜运输分子的蛋白质——会因细胞膜电压的变化而被激活。在神经系统中，这种带电分子的快速单向运输正是驱动神经元之间电信号传递的动力。

为了测试凝聚体是否能改变细胞膜电压，研究人员使用了名为巨型单层囊泡（GUV）的细胞模型。为了观察电压变化，他们用一种能随电荷变化而变色的染料对GUV膜进行染色。然后，他们将GUV与实验室制备的凝聚体置于同一容器中，并在显微镜下拍摄了它们的相互作用。

他们发现，当凝聚体和巨型单层囊泡（GUV）碰撞时，会在接触点处引起GUV膜电荷的局部变化。“这是这项研究有趣且新颖之处之一，因为细胞膜电压传统上是从更大尺度的角度来考虑的，”Deniz说道。“膜电位的局部变化可能具有重要的生物学意义，例如对离子通道和其他受电压调控的膜蛋白的功能产生影响。”

研究人员通过改变凝聚体的化学组成，发现凝聚体携带的电荷越多，其对细胞膜电压的影响就越大。他们还发现，凝聚体的形状似乎与电压变化的幅度相关。

“在某些情况下，感应电压的幅度相当大——与神经冲动中的电压变化处于同一尺度，”Gurunian说。

研究人员表示，需要进行更多测试来了解凝聚体引起这些电变化的具体机制，并研究这种现象对细胞功能的影响。

“既然我们知道凝聚体可以局部诱导这些电压，下一步就是测试这种新物理现象对细胞和生物体是否具有功能性意义，”Deniz说。“如果我们观察到功能性后果，这不仅能让我们对细胞生物学有新的认识，还有助于科学家未来研发治疗方法。”