Nature系列综述：陈玲玲团队阐明哺乳动物核仁的结构与功能关系

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

核仁（nucleolus）是核糖体 RNA（rRNA）合成和核糖体生物发生的场所。高分辨率成像技术和下一代测序技术的进步，揭示了其复杂结构和动态组织前所未有的细节。

2026 年 5 月 20 日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）陈玲玲研究员及约翰斯·霍普金斯大学Sarah A. Woodson教授作为共同通讯作者（陈玲玲课题组单琳博士为论文第一作者），在 Nature 旗下综述期刊Nature Reviews Molecular Cell Biology上发表了题为：Elucidating structure–function relationships in the mammalian nucleolus 的综述论文。

该综述聚焦于哺乳动物核仁的动态组织，并选择性地与其他生物进行比较，以突出核仁组织中保守与差异化的原理。讨论了近年来在解析核仁多层结构、驱动其组织与动态的物理机制，以及在核糖体 RNA 逐步加工、核糖体组装和区室完整性维持过程中的功能相互作用方面的进展。此外，该综述还探讨了核仁结构与功能关系的破坏如何引发细胞应激和疾病，为治疗干预提供了新的机遇。

在我们每一个细胞的细胞核深处，隐藏着一个没有“围墙”的“精密工厂”。它是由特殊的生物分子像魔术般“相变”凝聚而成的无膜细胞器。这个工厂 24 小时不间断地工作，其核心产品是地球上所有生命不可或缺的“生命机器”——核糖体。

这就是核仁。长久以来，它只是显微镜下一个模糊的小点。但如今，借助超分辨率显微镜和下一代测序技术，科学家们得以深入窥探其内部精妙绝伦的、动态的“车间”布局和运作流水线。

通过这篇综述论文，我们一起揭开这间微观工厂的神秘面纱，看看它如何高效运转，以及当它“罢工”或“出错”时，为何会引发从罕见儿童病到癌症、衰老等一系列重大健康问题。

不止三层：一座分工明确的“无膜工厂”

传统电子显微镜告诉我们，哺乳动物的核仁像一颗同心圆“洋葱”，从内到外大致分为三层——纤维中心（FC）、致密纤维组分（DFC）、DFC外周区域（PDFC）、颗粒组分（GC）及核仁周边区域（NR）等多个区域共同组成——

纤维中心（FC）： 工厂的“指挥中心”和“蓝图印刷部”。这里存放着制造核糖体 RNA（rRNA）的基因模板，并由专门的“复印机”（RNA 聚合酶 I）进行高速转录，生成长长的前体 rRNA“蓝图”。

致密纤维组分（DFC）： 紧邻指挥中心的“初级加工车间”。新生 rRNA 在这里立即进行初步的剪切、折叠和化学修饰，这些步骤至关重要，确保了“零件”的精度。

颗粒组分（GC）： 最外层的“最终装配与质检车间”。初步加工好的rRNA会与大约80种 ribosomal 蛋白质在这里进行精密组装，形成完整的核糖体大小亚基，准备出口到细胞质。

而最新研究发现，这座工厂的结构比想象中更精细，在“初级加工车间”外围，还存在一个特殊的过渡区——致密纤维组分外周区域（PDFC），它像一条“传送带”和“质检通道”，负责特定的 rRNA 剪切步骤，确保有缺陷的中间产物被及时清除。此外，核仁最边缘的

核仁周边区域（NR）结构，可能与核仁的骨架支撑和边界维持有关。

核仁的区室化结构与功能

动态流水线：从基因到“生命机器”的诞生之旅

核仁的生产是一场高度时空有序的“交响乐”——

1、转录启动： 在纤维中心边缘，“复印机”读取基因蓝图，新生 rRNA 链被不断“打印”出来。

2、共转录加工： rRNA 一边被合成，一边就开始在致密纤维成分中折叠，并与特定的“分子伴侣”结合，进行早期加工，就像在生产线上就对零件进行初步打磨和标记。

3、区室化成熟： 加工中的 rRNA-蛋白质复合物并非原地不动，而是以约每秒 1 埃的速度，从内层向外层定向移动。它依次穿过 DFC、PDFC，最后进入 GC。每进入一个新“车间”，就进行一轮特定的加工或装配步骤。

4、组装与输出： 在 GC 中，rRNA 与大量核糖体蛋白质完成最终组装，形成功能性的核糖体大小亚基，随后被运送到细胞质，成为合成蛋白质的“生命机器”——核糖体。

核仁组装因子与 snoRNP 在转录过程中协同调控核糖体的组装

运作的物理奥秘：相分离、能量与精巧设计

这座无膜工厂能保持结构并高效运转，背后是深刻的物理和化学原理——

“液液相分离”建厂： 核仁及其内部的“车间”，主要是通过一种叫“液液相分离”（LLPS）的机制形成的。简单说，就像油滴在水中会自动聚集一样，核仁内富含的特定蛋白质和 RNA，因其多重、动态的相互作用，能自发地与周围核浆“分相”，形成一个个独立的、液态般的“液滴”。不同的“车间”由于物理化学性质（例如表面张力）不同，会自动排布成“洋葱”般的多层结构。

“非平衡”动力维持： 这个工厂并非一潭死水，而是一个需要持续消耗能量的“非平衡”动态系统。rRNA 转录、RNA 解旋酶的活性等都需要水解 ATP 来供能。正是这种持续的能量输入，驱动了 rRNA 的定向移动、各“车间”的动态交换，并防止整个系统凝固成无用的“固体”。

RNA 不仅是产品，也是“脚手架”： 研究发现，正在被加工的前体 rRNA 本身，就扮演着关键的结构角色，它像工厂流水线上的“传送带”和“骨架”，通过与不同“车间”的蛋白质相互作用，主动帮助维持了整个核仁的分区结构。如果抑制 rRNA 的转录，工厂结构就会崩解重组，形成异常的“核仁帽”。

调控核仁组织的物理原理

工厂故障与人类疾病：当精密仪器“失准”

正因核仁功能如此核心，其任何环节的“故障”都可能导致严重后果，即“核糖体病”。而且，不同“车间”的故障，往往对应不同的疾病谱——

“指挥中心”故障： 主要影响 rRNA 的“印刷”（转录）。这常导致先天性疾病，例如 Treacher Collins 综合征（颅面发育畸形），病因是 RNA 聚合酶 I 或其辅助因子基因突变。

“初级加工车间”故障： 影响 rRNA 的早期剪接和修饰，例如角化不良症，由于负责 rRNA 假尿苷修饰的酶（DKC1）突变，导致骨髓耗竭、皮肤异常和癌症易感。

“装配与质检车间”故障： 影响核糖体的最终组装和质量控制。例如 5q-综合征、软骨-毛发发育不良等，表现为贫血、免疫缺陷、骨骼异常等。

全局性失调： 在癌症中，核仁常常异常肥大，以满足癌细胞疯狂增殖对核糖体的巨大需求。在神经退行性疾病（例如 C9orf72 基因突变导致的渐冻症）中，毒性蛋白会入侵并破坏颗粒成分，干扰核仁功能。此外，在衰老过程中，核仁的结构层次也会变得模糊，功能衰退。

核仁区室特异性功能障碍

未来展望：从解码到编程

对核仁的探索已进入一个激动人心的时代。科学家们不仅满足于理解，更希望未来能够“编程”。新兴技术如激光显微切割测序、冷冻电子断层扫描、AI 辅助的蛋白质设计等，正帮助我们在单分子、实时、三维的层面上解析核仁的动态。未来，我们或许能够通过精准调控这座“精密工厂”的特定“车间”，来治疗相关的疾病，甚至延缓与衰老相关的功能衰退。

从 1781 年被发现至今，核仁从一个神秘的细胞斑点，演变为我们理解细胞如何组织其内部空间、协调复杂生化反应的典范。它告诉我们，生命不仅编码在序列之中，也编码在由物理定律塑造的动态结构之中。这座细胞核内永不停歇的精密工厂，正是生命复杂性与精妙性的最佳缩影。

https://www.nature.com/articles/s41580-026-00975-z