本研究由Bo Dong、Wei Deng和Di Jiang完成，通讯作者为Di Jiang，所属机构为挪威卑尔根大学SARS国际海洋分子生物学中心。该论文发表于期刊 *Development*，卷138，页码1631-1641，发表时间为2011年。

该研究属于发育生物学与细胞生物学领域，聚焦于多细胞管腔（tubulogenesis）形成过程中的细胞骨架调控机制。胚胎发育、器官发生及成体生理过程均高度依赖多细胞管状结构的形成。此前研究已表明，细胞骨架中的肌动蛋白（actin）与微管（microtubule）网络在细胞形变、管腔形成与细胞迁移中发挥关键作用，但对于海鞘（*Ciona intestinalis*）脊索管形成过程中细胞骨架的时空组织与功能仍缺乏深入了解。海鞘脊索仅由40个有丝分裂后细胞构成，是研究细胞伸长、管腔形成与细胞迁移的理想模型。在脊索管形成早期，脊索细胞沿前后轴（anterior/posterior axis）显著伸长，随后经历间充质-上皮转化（mesenchymal-epithelial transition），在细胞两端形成顶端/管腔域（apical/luminal domain），并产生细胞外管腔。此后细胞开始双向爬行，导致顶端域融合、细胞形态转变为内皮样形态，并实现相邻管腔的连通。本研究旨在利用活体成像与多种细胞骨架干扰手段，系统揭示肌动蛋白与微管网络在脊索管形成不同阶段的功能及相互调控。

在研究方法与流程方面，研究综合运用了活体显微成像、药物抑制、显性负性突变体表达、基因敲降以及免疫组织化学等手段。实验对象为*Ciona intestinalis*胚胎，胚胎在受精后于16°C条件下培养。为标记细胞内特定结构，研究者采用电穿孔方法将荧光标记质粒导入胚胎，包括标记肌动蛋白的mCherry-hActin、标记微管的ensconsin-3×GFP、标记非肌肉肌球蛋白II轻链（myosin II light chain, MLC）的mCherry-MLC、标记皮层肌动蛋白的mCherry-talin A I/LWEQ、Lifeact-mEGFP、mCherry-UTRCH，以及标记ERM蛋白的ERM-EGFP和显性负性ERM（ERM-DN-tGFP）。这些荧光蛋白构建体使得研究者在活体胚胎中实时观察细胞骨架动态。药物处理包括使用latrunculin B破坏肌动蛋白聚合、blebbistatin抑制非肌肉肌球蛋白II ATP酶活性、nocodazole解聚微管，以及RO-31-8220抑制蛋白激酶C（PKC）从而阻断ERM磷酸化。此外，还通过注射翻译阻断型吗啉代寡核苷酸（morpholino, MO）敲降Ci-ERM表达。免疫组织化学使用抗α-微管蛋白抗体和鬼笔环肽（phalloidin）染色固定胚胎，以验证荧光标记结果。数据分析依赖共聚焦显微镜成像、三维重建以及基于荧光强度的定位与形态分析。

在结果方面，研究发现脊索细胞伸长阶段（受精后14–20小时）在细胞赤道处形成基底收缩环（basal constriction），该收缩环与动态的肌动蛋白-肌球蛋白环（actomyosin ring）相关。活体成像显示，肌动蛋白环在形态学收缩沟出现前约1小时形成，并在18–20小时达到最大强度，至22小时消失。非肌肉肌球蛋白II以不连续方式沿圆周分布，提示局部收缩活动。使用latrunculin B或blebbistatin处理均能阻断基底收缩与细胞伸长，而blebbistatin处理不影响肌动蛋白与微管组织，但消除了肌球蛋白在赤道的定位。这说明肌动蛋白聚合与肌球蛋白II活性均为基底收缩和细胞伸长所必需。

进入管腔形成阶段（约18小时），微管从先前沿基底皮层圆周排列的状态，转变为在顶端/管腔皮层集中分布。使用nocodazole解聚微管导致细胞外管腔显著变小，说明微管对管腔扩张具有促进作用。同时，nocodazole处理引起肌动蛋白在预定顶端域的异位富集，提示微管与肌动蛋白在顶端域存在相互调节。肌动蛋白的顶端皮层定位通过多种标记物（mCherry-talin A I/LWEQ、Lifeact-mEGFP、mCherry-UTRCH及鬼笔环肽）得到确认。在管腔形成起始时使用latrunculin B处理完全阻断管腔形成，而在管腔扩张阶段处理则导致管腔缩小并阻止融合；相反，blebbistatin处理对管腔形成无显著影响。这表明管腔形成依赖肌动蛋白聚合，但不依赖肌球蛋白II收缩活动。

在分子调控方面，研究发现Ci-ERM在管腔形成阶段定位于顶端域与侧域，与肌动蛋白分布相似。表达显性负性ERM（仅含N端344个氨基酸的FERM结构域）导致87%的脊索细胞无管腔形成；注射Ci-ERM吗啉代寡核苷酸同样完全抑制管腔形成。使用PKC抑制剂RO-31-8220处理也显著阻断管腔形成，仅在少数胚胎中观察到小管腔。这些结果证明ERM蛋白对管腔膜特化和管腔形成至关重要。

在管腔融合前的细胞爬行阶段（约23小时），微管网络发生90°旋转，形成沿前后轴平行排列的束状结构，延伸至片状伪足（lamellipodia）的前缘。在22小时使用nocodazole处理解聚微管后，脊索细胞虽能启动运动，但无法有效爬行，管腔不能融合。进一步分析发现，对照组细胞每个末端仅形成一个肌动蛋白突起，而nocodazole处理组每个细胞末端平均形成2.54±0.60个突起。这说明微管对于肌动蛋白突起的正确组织与方向性至关重要，进而影响管腔融合。

综合来看，本研究揭示了海鞘脊索管形成过程中细胞骨架在不同阶段采用不同的组织方式：细胞伸长阶段依赖基底赤道处肌动蛋白-肌球蛋白环的收缩；管腔形成阶段依赖顶端皮层肌动蛋白与微管的协同作用，并由ERM蛋白调控；细胞爬行与管腔融合阶段则依赖微管引导片状伪足的方向性。研究还发现肌动蛋白与微管之间存在广泛的双向交互调控：抑制肌动蛋白聚合会破坏微管组织，而解聚微管则导致肌动蛋白的异位积累或多重突起形成。

本研究的重要价值在于提出了基底收缩驱动的细胞伸长新机制。与细胞分裂中的收缩环不同，脊索细胞的赤道肌动蛋白-肌球蛋白环不引发细胞分裂，而是通过局部圆周收缩将力量转化为沿细胞长轴的推力，推动细胞前后极延长。这一发现拓展了人们对肌动蛋白-肌球蛋白网络在形态发生中功能多样性的认识。此外，研究阐明了ERM蛋白在脊索管腔形成中的保守作用，与哺乳动物和线虫中的相关发现相呼应，说明该分子机制在进化上具有保守性。研究还强调了微管在定向细胞迁移中对肌动蛋白突起的引导作用，这对于理解细胞迁移中细胞骨架协调机制具有普遍意义。

本研究的亮点包括：首次在海鞘脊索管形成中发现了赤道基底收缩环及其驱动细胞伸长的功能；系统比较了肌动蛋白、肌球蛋白II和微管在不同发育阶段的不同作用；通过多种独立方法（荧光标记、药物抑制、基因敲降、显性负性突变）验证了细胞骨架及ERM蛋白的功能；并揭示了肌动蛋白与微管之间的复杂交互调控。该研究为深入理解管腔形成过程中的力学与分子机制提供了重要实验依据。