早在 1835 年，德国植物学家雨果·冯·莫尔 (Hugo von Mohl) 首次在显微镜下发现了绿藻的细胞分裂。在大约一个世纪后，库尔特·米歇尔(Kurt Michel) 首次通过相差显微镜拍摄到细胞分裂。时至今日，我们对于细胞分裂的认知仍为：哺乳动物中体细胞进行有丝分裂，而生殖细胞进行减数分裂。1953 年，沃森和克里克发现了 DNA 双螺旋结构，为 DNA 中蕴含的遗传信息的传递提供了解释，即在有丝分裂过程中，双螺旋的 DNA 会首先进行解旋和复制，复制好的 DNA 会均分到两个子细胞中去。

但在最新的 Nature 有一项颠覆认知的发现：斑马鱼幼鱼中一些表面上皮细胞 (surface epithelialcell, SEC) 无需进行 DNA 复制，即可进行分裂。研究者们将这种独特的分裂方式命名为“asynthetic fission”，即“无合成分裂”。（asynthetic是个人造新词，即“合成的synthetic”前面加一个否定前缀，意味这种分裂无需 DNA 合成，小编译为“无合成分裂”）

同期 Nature 进行了评述和解读

以下为这篇文章的解读：

小孩长大皮肤相应扩张，背后的生物学机制是怎样的？

我们的身体和器官有表皮组织作为屏障，即保证其相对独立性，又免受各种外来物质的侵扰。我们从小孩长到大人，体积变大了，那么各种器官和组织的表皮也要相应地增大，但表皮组织的扩张与器官或生物体生长速率间的一致性的生物学机制，还不是很清楚。

在小鼠皮肤外层中的研究发现，机械的拉伸可以触发表皮干细胞的增殖，细胞拥挤造成的侧向挤压会促使它们向终末分化细胞进展，并不在分裂。这种机制让表皮的生长与组织不断增长的需求相匹配。这些都是细胞层面的研究，在活的生物体中，这种机械控制的生长还没有被定量地分析过。

模型和方法

发育过程中的斑马鱼幼鱼的表皮细胞与哺乳动物胚胎在很多方面都很像：都有多层的结构，包括基底前体细胞（在组织底层的表面上皮细胞的前体），可以产生分化的基底上层细胞。在哺乳动物中，表面上皮细胞有一层薄的，不透明的最外层死细胞残骸，即我们熟知的角质层细胞；而斑马鱼中，这个表面层包含分化的，具有活力的表面上皮细胞，由黏液覆盖。这使得这些幼鱼通体透明，为高分辨率光学显微镜观测整个生物体提供了绝佳的条件。

台湾"中研院"的 Chen-Hui Chen 团队借助斑马鱼皮肤的这一特性，使用一种多种颜色细胞标签策略 Palmskin（这种方法是在此前 Brainbow 技术的基础上进行的改进版），通过荧光蛋白组合在表面上皮细胞中的特异性表达，研究者们可以在身体发育过程中分析细胞的形状，追踪细胞系来研究它们的动态行为。

整条鱼的都被标记上

可以对细胞进行定量的分析

颠覆性发现——无合成分裂

随着斑马鱼幼鱼的生长，它们身体表面的需求也在相应地增长。此前的研究发现，基底干细胞或前体细胞的分裂能够较好地满足这种需求，而终末分化的表面上皮干细胞不会再分裂。然而，在这篇最新的 Nature 中，研究者发现有相当数目的表面上皮细胞也可以分裂。这些分裂以一种双向的方式沿着胚胎的“前后”生长轴。

与此前的工作一致，研究组看到并没有进行 DNA 复制。然而，他们发现在不复制它们的遗传物质的情况下，表面上皮细胞依然可以进行两轮的分裂，产生四个子细胞。在分裂过程中，DNA 含量和细胞尺寸成比例地衰减。作者将这种分裂的模式称为“asynthetic fission 无合成的分裂”，因为新细胞模块的合成过程似乎被最小化了。

Asynthetic fission无合成分裂过程：斑马鱼幼鱼会快速生长，皮肤中表面上皮细胞必须快速增加，以维持生物体和外界的屏障。扩增皮肤的张力导致了它们分裂，而无需复制DNA。子细胞比母细胞更小，含有更少的生物材料。但加起来有更大的总表面积。

这项研究的重要意义

这种现象非常惊人，因为这种现象出现在健康生物体中。进行正常有丝分裂的细胞，需要通过一系列严格的质量控制和检查点，来保障 DNA 被很好地复制和分开；如果 DNA 没有被完全复制，那么有丝分裂会被阻断。在哺乳动物中，不进行 DNA 复制就进行分裂的现象还没看到。此前，在早期胚胎的特定类型（比如蛙和果蝇）中的细胞，在 DNA 复制的抑制剂处理后，还可以分裂；但是“无合成分裂”是如此与众不同的，因为它出现在生理状态下，没有额外的干扰。

进一步的研究还发现，在在幼鱼发育的快速扩张期，“无合成分裂”水平最高；这一时期，增长的表皮覆盖的需求也最强。此外，他们还发现，在断鳍后的组织再生过程中，“无合成分裂”也会出现。研究者还把它们养到不同的密度（在固定体积的水中鱼越多，生长速率越慢），通过实验来操控幼鱼的生长速率。这种操纵导致了表面上皮细胞分裂速率的变化。这些数据一起揭示，“无合成分裂”提供了一种灵活的方式来调控表面上皮面积。

作者还观察到，四个子细胞的总体积与起始母细胞的相匹配。有了这个基础，它们用一个简单的数学模型，他们预测“无合成分裂”可以有效增加表面上皮细胞的表面积。令人惊讶的是，然而，细胞的分裂需要更长的时间，比基底表皮细胞的有丝分裂。那么问题来了，“无合成分裂”相比非分裂的细胞拉升或摊平的机制增加它们的表面积，有什么优势呢？一个可能的解释是，发生在拉升方向上的细胞分裂可以快速降低组织的机械应力，这种机制在哺乳动物细胞培养和早期斑马鱼胚胎发育过程中就已经发现。

机械敏感的离子通道蛋白 Piezo1 可调控“无合成分裂”

基于此前研究表面拉升和生长的研究，作者提出了这一的假说：生物体生长产生的组织张力的累积可以控制“无合成分裂”。应力感应器的主要成员是机械敏感的离子通道蛋白Piezo1。研究者发现 Piezo1 的激活可以导致表面上皮细胞中“无合成分裂”的显著增加，而 Piezo1 的表达抑制可以减弱分裂，这说明 Piezo1 介导的应力感应可以控制“无合成分裂”。有趣的是，在 Piezo1 被抑制的幼鱼中显示出正常身体生长速率，尽管缺少了“无合成分裂”。那么问题又来了，基底前体细胞的分裂速率（这可能作为一种补充的机制来产生更多的细胞）是否增加了？或者是否有其他适应性的生长机制存在？

展望

理解“无合成分裂”的更多细节非常重要。研究者发现细胞周期检查点或调控它们的酶的化学抑制，并不会显著影响“无合成分裂”。然而，这些药物的系统性副作用使得研究者无法在几个小时内进一步研究它们对表面上皮细胞的影响。在将来，对表面上皮细胞中的细胞周期调控因子的遗传操纵，有助于鉴定这种分裂模式是否真的独立于细胞周期调控和检查点。此外，表面上皮细胞中 Piezo1 触发的分子机制还不清楚。最后，这种机制是否存在于其他组织和生物中，还有待进一步研究。