化疗治疗为什么会导致脱发？
化疗作为治疗癌症的一种重要方法，已经应用了几十年。到目前为止，化疗仍然是治疗癌症的重要手段。为什么化疗药物紫杉醇能杀死癌细胞？为什么病人在化疗后会脱发？秘密在于微管，这是细胞中的一个重要结构。
什么是微管？
与人体骨骼系统相似，在大多数高等动物细胞中，有许多与蛋白质纤维交织的三维网络系统。这些被称为细胞骨架的结构在维持细胞形态和正常细胞功能方面具有重要意义。细胞含有大量的骨架蛋白，其中之一是微管。尽管微管的名字中有一个很小的词“微”，但它们的功能并不微小，但它们有很强的存在感。
微管不仅提供张力以维持细胞形态，而且自身在细胞中持续生长和收缩，并将细胞各部分的物质推拉至适当位置，包括分裂细胞中的染色体，这对细胞存活和正常功能是不可或缺的。
细胞内有大量微管(图片来源:英国广播公司的“人体秘密细胞的秘密战争”)
微管对于细胞就像运输轨道对于人类一样。
就像运输轨道对我们人类社会一样，微管是细胞内的运输轨道。在高等细胞中，微管可以将含有各种物质的各种细胞器或小泡运输到适当的位置。分裂的细胞通过中心体发出的星形微管的牵引作用，将母细胞复制的复制遗传物质平均分配给子细胞。
微管运输泡和细胞器示意图
(图片来源:浙江大学医学院干细胞与组织中心网络教育信息平台)
微管是如何实现如此神奇的功能的？秘密在于与微管相关的运动蛋白。
运动蛋白可以利用三磷酸腺苷水解产生的能量驱动自身沿着微管或其他细胞骨架移动，从而运输货物。就像挑夫挑货物一样，他把要挑的货物扛在肩上，吃着“馒头”三磷酸腺苷，沿着“小径”微管蛋白一步一步地把货物运送到目的地。运动蛋白有三个不同的家族。微管与驱动蛋白和动力蛋白有关。这两个家庭的区别在于他们运输“货物”的方向不同。驱动蛋白负责将货物从微管的负极运送到正极，而运动蛋白负责将货物从微管的正极运送到负极。
玛莎蛋白沿着微管运送“货物”
在分裂的细胞中，负责微管生成的中心体首先复制，复制的中心体以相反的方向移动到细胞的两端，同时发射星形微管结构形成纺锤体。一些微管可以连接到复制的染色体上，一些微管相互重叠，通过快速合成和解聚提供拉力，并利用运动蛋白提供的动力将两条染色体拉到细胞的两端。在最后阶段，细胞从中间断裂，一个细胞成功分裂成两个细胞。
分裂细胞中的星形纺锤体将染色体拉到两极
(照片来源:http://m-learning . zju . edu . cn/g2s/ewebeditor/uploadfile/20190515220727487 . pdf)
这也是为什么化疗药物紫杉醇可以杀死癌细胞。与正常人细胞相比，细胞的特点是不受控制的快速分裂和生长。因此，通过破坏癌细胞的微管结构，可以影响癌细胞的分裂，从而有效地杀死癌细胞。
然而，人体内也有一些正常细胞由于其功能特性需要保持快速分裂，如毛囊细胞。因此，化疗药物可以杀死癌细胞和毛囊细胞。这也是接受化疗的患者在化疗后脱发的原因。
微管看起来像什么？
微管可以根据其管状结构在细胞中发挥重要作用。微管是由微管蛋白组成的无分支中空小管，内径为115纳米，外径为225纳米。α微管蛋白和β微管蛋白是形成微管的主要蛋白质，由α和β微管蛋白形成的异二聚体是形成微管的基本单位。α/β以二聚体的形式首尾相连形成原纤维，它们横向连接并闭合形成管状结构。可以简单地理解，α/β蛋白串成一个类似于糖葫芦的结构，然后13个类似的糖葫芦结构横向连接形成一个封闭的管状结构。因此，从横截面来看，微管是由13根原纤维纵向平行排列形成的小管。
由α/β异二聚体微管蛋白组成的微管
(图片来源:浙江大学医学院干细胞与组织中心网络教育信息平台)
类似于运输轨道，有很多种，如地铁轨道、高速铁路轨道、火车轨道等。微管具有多种结构和功能，主要分布在细胞核周围。
微管结构存在于高等动物的细胞质、细胞表面的纤毛、神经轴突和细菌的鞭毛中，具有不同的形态。细胞质中的微管是高度动态的，以由13个原纤维组成的单管形式存在，而纤毛和鞭毛中的微管是稳定的形式，由由13个原纤维组成的管和由由20个原纤维组成的b管组成的双管组成；纤毛和鞭毛生发中心基质中的微管呈三重管的形式，由13根原纤维、10根原纤维、B管和C管组成。
不同类型微管示意图
(图片来源:浙江大学医学院干细胞与组织中心网络教育信息平台)
像电池一样，不同的末端有不同的特性。微管的两端也有不同的性质，所以微管是极性的。简而言之，微管的最外端是带有β球蛋白的正极，生长速度很快。α球蛋白的最外端是负极，生长速度很慢。根据功能要求，动态微管可以在连续生长(聚合)和缩短(解聚)之间变化。聚合和解聚所需的能量由细胞内能量货币GTP通过连续结合或水解提供。
微管的稳定性由游离微管蛋白的浓度和GTP对国内生产总值的水解率决定。当GTP结合的微管蛋白分子被添加到微管末端的速率大于GTP水解到国内生产总值的速率时，在正电极上将形成GTP帽结构，并且具有这种特征的微管在延长的时期内是微管。当GTP微管蛋白的聚合速率低于GTP的水解速率时，GTP的帽结构迅速缩短，微管结构变得非常不稳定并迅速脱落，导致微管缩短(图5)。
微管的动态平衡对细胞的正常生命活动至关重要。紫杉醇是一种抗癌药物，通过与α/β异二聚体蛋白结合，可以降低组装所需的微管蛋白浓度，促进微管的组装，使微管异常稳定，从而破坏微管的正常动态平衡，对细胞造成致命的伤害。秋水仙碱和长春碱等药物可与组装好的微管结合，以防止其他微管持续添加，并破坏微管的正常动态平衡状态。
生长微管和缩短微管示意图
(图片来源:浙江大学医学院干细胞与组织中心网络教育信息平台)
微管是如何在细胞中建立运输轨道的？
细胞中有一个特殊的区域叫做微管组织中心，它位于细胞的中心，也叫做中心体，是细胞中微管聚集的区域。
大多数传统研究表明，所有微管组织中心都含有γ微管球蛋白，其含量非常低，可以聚合成环状复合物，并且是微管形成的初始模板。只有在丙种球蛋白成核后，才能添加微管的重要成分α/β球蛋白。
γ微管蛋白成核示意图
(图片来源:浙江大学医学院干细胞与组织中心网络教育信息平台)
然而，这种方式有一个问题。在分裂的细胞中，微管组织中心体通过自身的复制拉动染色体，形成纺锤体，并精确地将其分配给子代细胞。然而，在未分裂的或某些特定的植物或某些发育过程中，中心体不存在或不活跃。人们一直想知道微管是如何在没有中心体的细胞中组装的。
最近，蒂蒙提教授。来自佛罗里达州立大学医学院的麦格劳和郑秀敏博士的团队发现了一种通过果蝇幼虫脂肪细胞进行无中心体微管组装的可能方法。研究结果发表在国际著名的学术期刊《自然细胞生物学》上。
这项研究发现微管可以聚集在细胞核周围并向外辐射。此外，传统上被认为是必需的γ微管核蛋白在这种组装模式中也是不必要的。作者进一步发现，Msp300和Shot蛋白可以将微管锚定在细胞核外周。通过负微管蛋白Superin和Ninein的协同作用，可以收集Msps，最终促进微管从核外周向外辐射，这在维持核的正确定位和囊泡的逆向转运中起着关键作用。
附言
自1992年紫杉醇首次被批准用于癌症治疗以来，已经过去了20多年。到目前为止，大量修饰的紫杉醇药物分子仍在进行临床试验。这与现代科学的进步和技术的不断更新密不可分，我们对细胞结构和各种机制的理解也越来越深入。我相信在未来，更多关于微观生命的秘密将被发现，更多更好的药物将被开发出来造福人类。