液性囊胞——乃是细胞的最普通的概念。然而，事实上看来并非完全如此，细胞具有高度分化的结构系统，且在三维空间中彻头彻尾地构成完整的有机体，人类有关细胞组合机理概念的革命，所以在过去十年才得以实现，这正是由于现代测试新技术的迅猛发展，使我们能够洞察细胞的内部结构，并发现其复杂的完整的细胞骨架所致。研究表明，即使各种细胞的功能各异，由微小蛋白质簇组构成的这些细胞骨架却普遍存在于任何类型的细胞中。我们发现，胚胎细胞中支配这些蛋白质行为的一般机理确实不同于特殊的成熟细胞，研究这些变异过程有助于透彻地了解许多人体疾病，包括遗传性肌肉萎缩症和心脏病。

人体中的每个细胞都可能不同程度地发生变形。红细胞就可作为一个例子。人体血液中每立方毫米约含有五百万个红细胞，这些红细胞流经血管时，每时要受到上千次挤压。因此，每当红细胞流经比其正常宽度更狭小的毛细血管时，势必从圆形或卵形改变为较长的香肠状结构，并在通过毛细血管之后，恢复其原形，红细胞就是这样经历若干代（约120天）周而复始地循环，直至逐渐衰竭和被新的循环淘汰。

人体红细胞能够容纳上百万个血红蛋白分子于一个极小空间（长约七微米，宽约三微米）。假若红细胞本身根本无能力使其结构聚为一体，血红蛋白分子施加于细胞的渗透压力最终将导致细胞破裂，特别是当红细胞受毛细血管挤压时，细胞破裂的可能性特别大。然而，红细胞中确有使其结构聚为一体的物质——红细胞膜下一种巨大的、致密的（50 ~ 100毫克/毫米）蛋白质网络。这种蛋白质网络极为复杂——粘性为血液的三倍至四倍——由细胞膜下具有特异胶合方式的纤维蛋白质组成（血影蛋白和肌动蛋白），其作用是控制细胞形状并使细胞具有弹性。血影蛋白曾一度被认为仅是红细胞的组成部分。直到最近，我们才确定血影蛋白普遍存在于一切细胞中。因此，可以断言，一切细胞膜都可能发生不同程度的变形，这一事实用一般的分子原理即可得以解释。

尖端技术为我们洞察这些蛋白质分子的形状提供了方便。我们可从整个蛋白质网络中分离出单个蛋白质，把它喷涂在碳膜上，用铂涂敷，制成一种蛋白质薄膜拷贝。观察表明，这种蛋白质分子很长——约为200毫微米——在红细胞的质膜下头尾相连，形成一种具有高度挠性的弹性网络。

红细胞膜下的这种挠性网络不是细胞结构的唯一形式。由于某种原因，鸡的红细胞却比人的红细胞稍更复杂些。与杯状型的人体红细胞不一样，鸡红细胞呈卵形，其球形细胞则由血红蛋白填充其中，主要差别在于鸡红细胞中有一种环核。细胞中这种环核的恒定位置表明了另一种形式的细胞结构。在分离细胞的过程中，若降低介质的电离度，细胞膜将开裂，所有的血红蛋白就会从中逸出。但是即使细聛本体丧失了所有的“填充物”，细胞环核仍能处于中心位置，因为除在细胞外表面使细胞保持卵形的镶嵌物质外，细胞本体中还存在另一种结构系统——亦称之为中间细丝纤维结构系统。

研究员布鲁斯 · 格兰杰（B. Grander）提出了一项颇为精湛的测试技术，这项技术可用于洞察细胞内部结构和研究这种结构的三维素质。实施方法是，使声波穿透涂敷在玻璃板上的细胞，当增大声波频率时，细胞膜开始逐渐破裂，而且，细胞膜上半部分因不与玻璃板直接接触，则开始朝反向蜕膜。这样，我们就可以观察到细胞内部中间细丝的整个结构系统，测定出细胞膜上下两部分的间距范围。

中间细丝纤维网络的作用是将细胞膜的各个部分连为一体，使细胞膜与细胞核形成一个如胶似漆的三维系统。这种同样由原生质膜下的血影蛋白和肌动蛋白组成的网络系统，其体积约占细胞内部空间的一半，即使如此，细胞仍能容纳其他共存物。就红细胞而言，纤维质之间可容纳百万个血红蛋白分子。

这些纤维质不仅将细胞核和细胞膜聚为一体，而且细胞中的线粒体一一细胞中产生腺苷三磷酸（ATP）的结构对于细胞新陈代谢也是必不可少的。线粒体必须保持恒定位置，且不会因细胞变形而在细胞质周围发生晃动。此外，中间细丝可按任意方式连接线粒体外膜和细胞上、下表面。在细胞这个有机体中，细胞中的每一点都有各自的固定位置。

与红血球一样，其他细胞也具有弹性。例如，眼球的晶状体缟胞在调节光线时就经历了若干次弹性变形。我们发现，在眼球的晶状体中，血影蛋白也是提供挠性的蛋白。

当然，并非一切细胞的变形方式都像红细胞和眼球的晶状体细胞一样。肌细胞的变形方式颇异，其中的血影蛋白反常地发挥其特异的功能。人体肌肉的收编过程极为迅速，毫秒之内即可完成一次前后伸缩。肌肉之所以能控制收缩和影响人体运动，原因在于肌肉本身具有高度的条纹结构，也就是说，肌肉中所有的伸缩单元（亦称肌原纤维）均沿纵向分布。当肌肉收缩时，张力沿纵向大幅度增加，如果肌细胞本身无能将纵向张力转化为横向张力，细胞膜就会被胀破。为抵御这种破裂，施加于纵向系统和横向系统的张力必须相互牵制，这样才能在肌原纤维中沿横向有效地将细胞膜和其他共存物聚为一体。由血影蛋白胶合茎秆构成的中间细丝可保持法向和横向系统定位。肌肉收缩时，细胞膜在血影蛋白茎秆未接触的特殊点将产生皱褶、相反，在血影蛋白茎秆接触的某些区域，细胞膜因与中间细丝接触而不发生任何变形。因此，当朝某一方向施加张力时，必须同时朝其反向施加张力，从而保证整个系统聚为一体。

通过剥落细胞膜且用去垢剂和不同的盐液浓度清洗细胞，可以预先洗出细胞中的异类结构（譬如肌原纤维），遗留下清一色的茎秆结构。这样，我们就能观察到某一特殊点肌原纤维周围的纤维质。侧向观察肌原纤维质结构将发现，整个系统彻头彻尾地聚细胞为一体的机理所在。同红血球一样，这种聚合方式仍属一种机械聚合。这些纤维质在肌原纤维外表面自身聚合，从而凝聚成整体空间结构，起到提供反向张力的作用。此外，这种聚合结构可认为是中间细丝和血影蛋白共同作用的结果之一。

观察发现，蛋白质纤维结构在异类细胞中还具有其他一些特性，甚至有些往往具有另外两种或三种结构系统。人体肠胃在消化食物时，肠道上皮细胞中的微绒毛状微小结构将促使肠粘液粒上下移动，整个系统必然因此而收缩和膨胀，并将巨大的张力施加于柱状体皮细胞。这时，细胞势必以某种转移方式发生连锁移动，为使全部粘液粒向下移动，任何一处的中间细丝系统必须顺着微绒毛持续不断地移动。

此外，细胞要消耗大量的能量才能维持本身的发育。冷却细胞时，剥落细胞核区域周围的全部细胞膜，估计会导致细胞能量状态降低。此时，在细胞与衬底接触的特殊位置将遗留下结构物质。若要使细胞恢复原状，整个细胞膜将沿着向细胞提供张力的肌原蛋白纤维茎秆膨胀。

研究表明，细胞中还存在另外的同构纤维质，其功能是维持细胞呈三维立体结构。细胞核域周围存在一种网丝（亦称‘生物丝’）结构系统，且呈台阶形状向细胞膜边缘扩展。

含有肌动蛋白细丝的不同的蛋白质的功能同单独交叉耦合细丝的蛋白质完全类似。我们发现，在具有鞭状结构的高活性细胞中也存在单独交叉耦合细丝网络，这种结构类似于红细胞中连接细胞核和细胞膜的系统——中间细丝。但在活性细胞中，蛋白质的分布与它在静态红细胞中的分布迥然不同，一些交叉耦合的纤维细丝在细胞变异过程中将逐渐减少。

根据DNA克隆技术，我们知道，能使这些细胞保持其结构、移动以及改变其形状的蛋白质分子是极为普遍的——其结构类似于酵母中的单细胞有机体和人体中的蛋白质分子。系统本身通过一系列复杂的过剩蛋白质变异，使这些同类分子在异类细胞中承担不同的功能，产生分化表型——红细胞、肌细胞、晶状体细胞、神经细胞等等。此外，在同类细胞中，例如神经细胞，其中某一特殊蛋白质的变异形成的分离区，在细胞变异过程中发挥不同的功能。

我们知道，人体中每个细胞大致能容纳一万个不同的蛋白质，在成千个拷贝中，每个蛋白质的增长必将使细胞质中蛋白质分子的总量多达百万个。我们利用抗体对蛋白质的反作用，开发出一项在细胞变异过程中同时研究某种蛋白质的新技术。例如，在鸡细胞变型为兔细胞的过程中，采用这项新技术可以确定蛋白质变异的动因，兔体系统将鸡细胞视为外来物，从而自生抗体抵御这种外来细胞的排异现象（有时，我们不得不对外来细胞稍加化学处理，以便兔体本身也将其蛋白质视为外来物）。此外，把荧光探针（盐基桃红或荧光绿）置于抗体上面，剥落细胞膜，将抗体放入细胞内，并通过荧光显微镜观察分析抗体究竟在何处发生耦合，这项新技术已揭示，细胞百分之五十以上的质量是由蛋白质纤维占有。

把抗体转化成其他组分，而且采用不同的抗体和不同的显色剂，可以研究这些纤维质的生物化学机理，研究结果表明不同的分子能共存于同一结构中。借助于荧光探针，我们可选择某一特殊的蛋白质进行分析，确定它在细胞中的位置，研究它在变异过程中的分布情况。采用这种方法，我们还可描绘出在变异过程的不同阶段细胞中所有组分的分子图谱。

在细胞变异过程中，蛋白质的分布将发生戏剧性的变化。在肌细胞变异的初始阶段，一旦肌肉开始集聚收缩单元，细胞中蛋白质的分布将发生突变，在细胞中聚合成各种特殊的结构，构成成熟肌细胞具有的条状特性分布。根据组织培养过程中的变异机理，可对系统中分子集聚组配的动因进行详细的描述和分析。

迄今，我们观察到的具有高度结构系统和专门化的细胞的功能都是单一的——即，要么像红细胞那样循环，要么像肌细胞那样上下运动，或者像上皮细胞那样左右移动。在胚胎发生期间，在整个人体中运动的其他细胞还有淋巴细胞、巨噬细胞和成纤维细胞。譬如，神经细胞内作为运动媒介的细胞质中的纤维质系统极为复杂，传递运动则是通过其中一种类似于土豆片的结构（亦称褶边结构）实现的。褶边结构在三维空间中具有感觉细胞周围环境的功能，使细胞本身固定于衬底上或贴在其他细胞上。观察神经细胞生长颇为有趣，因为细胞本身通过这些褶边结构能够感觉周围的其他神经细胞——直至找到神经细胞末梢和发生接触之前，一直不与其他细胞的茎秆或突轴接触。

采用荧光探测抗体技术能够相当清晰地显示这曲结构中每种物质的组成。我们现已发现，与肌细胞和红细胞中的分子一样，肌动蛋白在细胞中具有特异的功能，其作用是作为细胞中褶边结构运动的载体。

神经细胞中也存在无处不有的血影蛋白，看来似乎与处于后突触位点的蛋白质相似。我们发现，血影蛋白在变异过程中看来好像处于与突触同时形成的位点。事实上，具有高度结构的神经细胞中存在两种形态的血影蛋白，这两种形态的蛋白质在各向异性分布状态下均可离析，其中一种在细胞膜上的特殊位点具有集聚成因的功能，变异过程中血影蛋白的重组将形成许多离析区域，从而使我们能够追踪观察细胞各个生长阶段的变化，在这期间，一种形态物质的减少势必造成另一种形态物质增多，或者从一种形态完全转变成其他的形态。

观察分析诸如血影蛋白和肌动蛋白这种普遍存在的蛋白质，有助于测定细胞的生长寿命，探明可能影响人体中若干器官仅有的几种蛋白质变化的动因，在某种程度上至少可以认为，随着年龄的增长，人体皮细胞、肌细胞的灵活性的衰减是由于中间细丝增多所致，中间细丝能增强细胞的刚性和降低细胞的弹性。心脏肥大症就是由于中间细丝的大量聚集所致，一些运动员往往就是因这种导致心肌张力衰减的中间细丝过多而患心肌病的。使用甾类药物也会使中间细丝增多。

我们认为，胚胎细胞变异期间，分布于心肌细胞某些特殊蛋白质中异构体可能是导致其他多种心脏病的原因所在。萎缩肌细胞在变异过程中从一种分子表型转换成另一种表型呈现出极度的变态。我们深信，对细胞结构及功能进行这种基本的生物医学研究，必将进一步有助于透彻地了解大量的折磨人类的疾病，最终发现各种新的治疗方法。

［Engineering & Science，1984年3月］