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细胞极性的奥秘：如何让细胞在功能上展现出独特的差异？
细胞极性是细胞内形状、结构以及功能上空间差异的表现，几乎所有细胞类型均会体现某种形式的极性，这使得细胞能够执行专门的功能。例如，表皮细胞凭借其尖端-基底的极性进行组织化，神经元则依赖一方向的信号传递，迁徙细胞必须具备前后极性以进行有效移动。这些细胞的极性也在其后裔细胞的非对称性分裂中扮演着关键角色，以设置功能上的不对称性。
几乎所有细胞类型都有某种形式的极性，使它们能够进行专门的功能。
极性细胞的范例
表皮细胞
表皮细胞透过紧密连结、树突连结及粘附连结紧密相连，形成一层层细胞组成的结构，这些细胞为动物体及内部腔室（例如消化道及循环系统）提供保护。这些细胞具有明显的尖端-基底极性，其尖端膜面向外部表面或内部腔室的腔面，而基侧膜则朝外偏离腔面。基侧膜包括与相邻细胞相连的侧膜及与基底膜相连的基底膜，基底膜为一薄薄的细胞外基质蛋白质层，将表皮层与下方的细胞及结缔组织分隔开来。
表皮细胞的极性不仅限于尖端-基底极性，还展示了平面细胞极性。
神经元
神经元通过分支的细胞延伸——树突接收来自邻近细胞的信号。随后，神经元将电信号沿着专门的轴突传送，从基部延伸到突触，并将神经传递物释放给其他神经元或效应细胞（如肌肉或腺体）。这种极性促进了信息的单向流动，对于神经元之间及神经元与效应细胞之间的沟通至关重要。
迁徙细胞
许多细胞类型（如白血球和成纤维细胞）具备迁徙能力，为了让这些细胞向一个方向移动，必须具备明确的前部和后部。在细胞的前端是所谓的前缘，通常透过平坦的膜皱折（称为膜突起）或细长突起（称为突足）来定义。在这里，肌动蛋白聚合使细胞能够向前延伸并附着在表面上；而在细胞的后端，附着点会被拆解，并且肌动蛋白微纤维束（称为压力纤维）收缩以拉动后缘向前移动。缺少前后极性，将无法协同进行定向迁移。
芽酵母
芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）作为真核生物学的模型系统，揭示了许多极性发展的基本元素。这些细胞在极性方面与其他生物有许多相似之处，但蛋白组分较少。在芽酵母中，极性偏向在遗传的地标上形成，当进行芽生时，Rsr1蛋白质的斑点或在配对投影时的Rax1斑点。无论是缺乏极性地标（例如在基因缺失突变体中），细胞都可以执行自发对称破坏，极性位置随机决定。虽然自发的极化依旧生成单一的芽生位点，但却可藉由正反馈在极性斑点本地增加极性蛋白的浓度，同时全球性地因耗竭而降低极性蛋白的浓度。极性的主调节因子是Cdc42，它是真核细胞Ras同源Rho家族GTP酶的成员。
脊椎动物发育
脊椎动物的身体在前后、背腹和左右三个轴线上是非对称的，这种极性在发育中的胚胎内通过多种过程产生，包括不对称细胞分裂、不对称蛋白质或RNA的定位、在胚胎中的分泌蛋白质浓度梯度及膜受体和配体的差异表现。细胞极性除了界定成年生物中的不对称轴外，还调控胚胎发育过程中个别及集体细胞的移动，如顶部收缩、内浅和表面扩展等。
细胞极性主要通过特定蛋白于细胞膜特定区域的定位而形成。
分子基础
细胞极性主要透过将特定蛋白质定位到细胞膜的特定区域来实现。这种定位通常需要将细胞质蛋白招募到细胞膜及沿细胞骨架进行极性囊泡运输，以将跨膜蛋白从高尔基体转运至细胞膜。许多负责调节细胞极性的分子在细胞类型之间以及跨多细胞物种之间是保守的，例如PAR复合体、Crumbs复合体和Scribble复合体。这些极性复合体以不对称的方式定位在细胞膜的细胞质侧。表皮细胞中的PAR和Crumbs复合体定位在尖端膜，Scribble复合体则定位在侧膜。
极性建立
虽然许多关键的极性蛋白是保守的，不同细胞类型却存在不同的极性建立机制，可区分为两大类别： (1) 能够自发极化的细胞，(2) 基于内在或环境的线索而建立极性的细胞。自发对称破坏可透过非线性化学动力学的分子随机波动放大来解释。阿兰·图灵于1953年在他的论文《形态发生的化学基础》中确立了这一生物现象的数学基础，这一现象可通过反应动力学及扩散差异性来推导出大型稳定模式的形成。至于第二种依赖于细胞外或细胞内信号的极性建立，以线虫（C. elegans）受精卵为典范。
极性建立既依赖于细胞内部的自发变化，也依赖于环境因素的影响。
探索细胞极性的奥秘不仅有助于我们了解生物体的发育机制，亦可能为生物医学领域带来突破。这不禁引发我们思考，究竟还有多少未知的细胞极性秘密等待我们去揭开呢？
