主要观点总结
本文探讨了细胞分裂的新模式——同形分裂，并详细阐述了其背后的机制。研究发现，细胞在间期的形态能够决定其分裂模式及子细胞的命运。这项研究对传统的细胞有丝分裂理论提出了挑战，并揭示了细胞分裂的新机制。
关键观点总结
关键观点1: 研究发现间期细胞的形态可以作为一种“指令”，决定其后续的有丝分裂模式。
间期细胞形态的影响：研究表明，细胞在间期的形态，尤其是其延展性和核位置，能够影响其后续的有丝分裂模式。这种形态信息可以作为一种“指令”，通过影响肌动球蛋白活动和内吞体系统的行为，来调控细胞的分裂模式和子细胞的命运。
关键观点2: 同形分裂是一种新的细胞分裂模式。
同形分裂的特点：同形分裂是一种不经过显著球形化过程的有丝分裂模式。在这种模式下，细胞保持其间期的形态特征完成分裂，产生大小、形态和命运不同的子细胞。
关键观点3: 细胞通过同形分裂实现命运决定因子的不对称分配。
不对称分配的实现机制：研究人员发现，细胞通过同形分裂可以实现命运决定因子的不对称分配。这种不对称分配是通过保持间期形态信息的内吞体系统的行为来实现的。具体而言，Rab4阳性的循环内吞体能够感知并“记住”细胞在间期的特定形态特征，并在同形分裂过程中将这些信息传递下去，确保命运决定因子的非随机、不对称分配。
正文
这项研究中的数据显示，在二维（2D）培养皿中培养的人类内皮细胞（ECs）完美地展现了这种“标准模式”。这些ECs在进入有丝分裂中期的宽高比（Aspect Ratio, AR）显著降低，趋近于1，这意味着它们变得非常接近圆形。随后，它们分裂产生的两个子细胞在大小上也是对称的，子细胞大小比率（daughter cell size ratio）约为1:1。这再次证实了经典的观点：充分的有丝分裂期变圆通常伴随着对称分裂。
然而，当研究人员将视野转向活体动物组织时，他们有了惊人的发现。在斑马鱼（zebrafish）胚胎的血管形成过程中，他们观察到了血管内皮细胞（ECs）的一种特殊分裂模式。这些血管内皮细胞在血管分支生长时，会从相对静态的铺路石状形态（cobblestone-like form）转变为高度迁移、延展的形态，充当血管生长前缘的“领头细胞”（tip ECs）。令人惊讶的是，这些“领头细胞”在进入有丝分裂时，并 没有 经历显著的收缩和球形化过程！
通过详细的单细胞形态计量分析（single-cell morphometric analysis），研究人员发现，这些斑马鱼的“领头tECs”在有丝分裂中期，其细胞宽高比（Metaphase AR）与它们在间期高度延展时的宽高比（Interphase AR）非常接近。例如，间期AR可以高达6，而它们在有丝分裂中期的AR也依然维持在6左右，几乎没有变圆。研究人员将这种有丝分裂期间细胞形态特征与间期相似，不发生显著变圆的分裂模式，命名为
“同形分裂”（isomorphic division）
。这种模式与经典的球形分裂（细胞中期AR显著低于间期AR）形成了鲜明对比。
同形分裂并非仅在斑马鱼血管内皮细胞中存在。研究人员在小鼠（mouse）视网膜（retinal）血管内皮细胞以及斑马鱼的神经嵴细胞（neural crest cells, tNC）和侧线神经元基板细胞（PLLp cells）等多种在体内迁移、呈间充质样形态的细胞中，都观察到了同形分裂。这表明，同形分裂是一种在不同组织和细胞类型中保守存在的有丝分裂模式。
模式图
（Credit:
Science
）
既然发现了同形分裂这种新的模式，下一个关键问题就是：是什么决定了细胞会选择经典的球形分裂还是同形分裂？研究人员注意到，发生同形分裂的细胞在间期普遍呈现出高度延展、具有前后极性（front-rear polarity）的特征，比如斑马鱼tECs在迁移时会显著伸出前端突起。他们推测，细胞在有丝分裂 之前 的间期形态，可能就是决定分裂模式的关键“指令”。
通过对斑马鱼tECs的分析，研究人员发现，细胞的间期形态与有丝分裂期间的收缩程度存在紧密关联。细胞间期延展性越高（间期前部宽高比fAR越高），其细胞前端在有丝分裂期间的收缩（retraction）越少，越倾向于同形分裂。数据显示，在体内的斑马鱼tECs中，那些间期fAR高的细胞，其细胞前端的收缩率（percentage retraction of the cell front）接近0%，它们进行的是同形分裂；而间期fAR低的细胞，其前端收缩率可以高达80%以上，进行的是经典的球形分裂。
为了进一步证实这种关联的因果性，研究人员利用微模式（micropatterning）技术在体外对人类内皮细胞的形态进行精确调控。他们在基底上印刻了不同形状的纤维连接蛋白（fibronectin）图案，诱导细胞在间期呈现不同的形状：有模拟体内延展细胞的“臂状”（arm pattern）和模拟对称细胞的“盒状”（box pattern）。在不干扰有丝分裂收缩的情况下，这些细胞无论在何种图案上，都会在有丝分裂期充分变圆，进行经典的对称分裂。然而，当研究人员使用ROCK抑制剂（ROCKi）或Blebbistatin抑制细胞的有丝分裂期皮层收缩，从而“强制”它们部分或完全不发生有丝分裂期变圆时，细胞在间期的形态就显现出决定性作用。在“臂状”图案上，间期呈延展、极性形态的细胞在ROCKi处理后进行同形分裂，并产生了大小不对称的子细胞（子细胞大小比率 > 1:1）。而在“盒状”图案上，间期呈对称形态的细胞在ROCKi处理后，虽然也不充分变圆，但依然产生了大小近乎对称的子细胞（子细胞大小比率接近1:1）。这有力地证明，细胞在间期的几何形态可以精确地调控同形分裂中的分裂对称性。
除了细胞的整体形状，研究还发现细胞核的位置（nuclei positioning）也是一个重要的间期形态指令。
在用ROCKi处理、进行同形分裂的神经嵴祖细胞（NPCs）中，研究人员发现，细胞核在进入前期（prophase）时的位置决定了后续的分裂对称性。如果细胞核在前期偏向一侧（polar position），则分裂会产生大小不对称的子细胞；如果细胞核位于中心（equatorial position），则会产生对称子细胞。进一步分析显示，细胞核在前期时的偏离程度（nuclei offset）与子细胞大小的不对称性之间存在显著的相关性。而在体内的斑马鱼tECs中，细胞核在间期通常偏向血管基底一侧（proximal position），这种偏向性也准确预测了有丝分裂中期板（metaphase plate）和分裂沟（cleavage furrow）的位置，并最终导致了不对称分裂。这些发现共同揭示了一个核心原理：
细胞在有丝分裂 之前 展现出的特定“身形”（延展的细胞形态和偏向的细胞核位置），是决定其采取同形分裂模式并产生不对称子细胞的关键间期指令。
