人类机体有一支庞大而忙碌的“氧气运输队”——红细胞，它们每天都在血液中奔流不息，把氧气输送到机体的组织器官，保障机体的生命活动需求。这些双凹圆盘状的红细胞，为什么既能保持这样的形状，又能在比自己直径还小的毛细血管里来回穿梭？这背后的秘密就在于红细胞有特殊的细胞膜。
红细胞膜骨架的构成
红细胞膜的最特殊之处，在于膜骨架蛋白，这些膜骨架如同红细胞的铠甲，对维持红细胞的形状和稳定，以及极强的变形能力十分关键。红细胞膜骨架主要由四种“零件”组装而成，包括血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白和带4.1蛋白等。
血影蛋白是这个结构的“大梁”，由α链和β链两条长长的分子链相互缠绕而成。每一个血影蛋白都有两个脑袋和一个身子，这些血影蛋白可组成一个四方形的小网格。肌动蛋白则是膜骨架结构的“小钉”，能和血影蛋白结合在一起。每个肌动蛋白上有13个小钩，可以结合13个血影蛋白分子，这样能让血影蛋白组成的小网格连接得更牢固。锚蛋白类似于膜骨架结构中的“超级胶水”，可以把血影蛋白和胞膜上其他蛋白牢牢的粘在一起。通过这样的构造，锚蛋白能找到红细胞膜上特定的蛋白，和血影蛋白紧紧相连，让膜骨架稳定在红细胞膜的内侧。带4.1蛋白起到进一步的加固作用，它能和血影蛋白、肌动蛋白结合，还能和红细胞膜上的其他一些蛋白相互作用，进一步加固膜骨架结构。这四种“零件”相互配合，共同搭建起了红细胞膜骨架这个复杂又精妙的结构，膜骨架组成了一张精密的网，铺在红细胞膜的内侧，为红细胞提供强大的支撑和保护（图1）。
红细胞膜骨架结构的功能
维持红细胞的双凹圆盘形状
红细胞是中间凹、四周扁平的碟状，这个独特的双凹圆盘状是由红细胞膜骨架所决定的。正是因为膜骨架的支撑，红细胞才能保持这种双凹圆盘的形状。这种形状让红细胞的表面积比相同直径的普通圆球大很多，更大的表面积能让红细胞和周围更多的接触面积，就能更高效地和进行气体交换，快速地吸收氧气，释放二氧化碳。如果失去膜骨架的支撑，红细胞就会像泄了气的气球一样成为一层皮，再也无法正常工作。
赋予红细胞超强的变形能力
人体既有直径较粗的大血管，也有头发丝粗细的毛细血管。红细胞要在这些粗细不一的血管里畅通无阻的运输氧气，就必须具备很强的变形能力，否则就会受到极端挤压而破坏。红细胞膜特有的膜骨架蛋白使得细胞可以强大的变形能力。当红细胞遇到狭窄的毛细血管时，膜骨架可以拉伸、扭曲，让红细胞变形，顺利通过这些狭小的通道。而通过这些小血管之后，通过膜骨架的作用，红细胞又能恢复原来的形状。要是没有膜骨架，红细胞在通过这些狭窄血管时，就会受阻甚至破裂，妨碍氧气的正常输送。
保护红细胞内部结构
人体成熟红细胞虽然直径仅有7微米左右，但它里面是血红蛋白等重要物质，这些物质是红细胞运输氧气中必不可少的“工具”。红细胞膜骨架是坚固的铠甲，保护红细胞内部的这些重要物质。膜骨架能防止红细胞在血液流动过程中受到外界的挤压、碰撞，让血红蛋白等物质能有稳定的工作环境，这种内部结构的完整，才能确保红细胞有效运载氧气。
参与细胞间的信息传递
红细胞膜骨架不仅仅是“结构支撑者”，它还可参与细胞间的信息传递。人体的细胞之间需要相互传递各种信息，协同完成生命活动。红细胞膜骨架上有一些蛋白，可以和血液中的其他细胞进行对话。比如当集体遇到感染、缺氧时，其他细胞会释放出信号分子。这些信号分子可以和红细胞膜骨架上的蛋白结合，通过膜骨架把信号传递到红细胞内部，让红细胞做出相应的应答和回应。虽然红细胞没有像神经细胞那样复杂的信息处理系统，但通过膜骨架参与细胞内外的信息传递，能更好地适应身体的变化，调节氧气运输，完成生命活动。
红细胞膜骨架异常引发的疾病
红细胞膜骨架这么重要，如果它出了问题，会引发疾病。近期发表在Cell杂志的最新研究表明，血液疾病如自身免疫性溶血性贫血和阵发性睡眠性血红蛋白尿症患者的红细胞存在β血影蛋白崩解、分布紊乱的现象（图2）。
在自身免疫性溶血性贫血患者体内，免疫系统错误地将红细胞当作“敌人”进行攻击，而红细胞膜骨架中的β血影蛋白首当其冲。β血影蛋白崩解后，原本稳定的膜骨架网格结构遭到破坏，红细胞失去了正常的形态支撑，变得脆弱易破。红细胞一旦破裂，其运输氧气的功能自然无法正常实现，从而引发一系列缺氧的临床症状表现。
阵发性睡眠性血红蛋白尿症患者的情况与之类似，β血影蛋白的崩解和分布紊乱，使得红细胞膜骨架与细胞膜的连接变得松散。红细胞的破裂导致血红蛋白释放到血液中，进而引发溶血，造成肝、肾功能衰竭等严重问题。这表明，膜骨架蛋白除了有自己维持红细胞形态、保障功能的本职工作外，它还可调控溶血性疾病的发生发展进程。
此前我们已知的遗传性球形红细胞增多症，同样是因为红细胞膜骨架中的某些蛋白异常。在这种疾病中，血影蛋白、锚蛋白等“零件”出现问题，导致膜骨架无法正常组装，红细胞不能保持正常的双凹圆盘形状，而是变成了球形。球形的红细胞变形能力较差，在通过脾脏等器官时，很容易被“卡住”，然后被破坏。这样机体里的红细胞数量就会减少，就会出现贫血等症状。对这些疾病的深入研究，让科学家们更进一步了解红细胞膜骨架的结构和功能，为研发新的治疗方法提供了重要依据。
科学家对红细胞膜骨架的研究与探索
科学家们对红细胞膜骨架的研究已经持续了很长时间。起初科学家通过一些特殊的实验方法，把红细胞的细胞膜分离出来，然后仔细观察膜内侧的结构，发现了隐藏的膜骨架系统。随着科学技术的不断发展，科学家们使用了电子显微镜、X射线晶体学和冷冻电镜等技术，更加清晰地观察到了红细胞膜骨架各个“零件”的结构，以及它们相互作用的方式。这些研究为医学、生物学等领域带来了很多启发。科学家们希望通过对红细胞膜骨架的研究，开发出更好的贫血治疗方法。还有一些科学家在研究如何利用红细胞膜骨架的特性，制造出红细胞来运载药物，以更好的治疗疾病。
红细胞膜骨架虽然微小，却在机体里发挥着巨大的作用。它是隐形的守护者，默默地支撑着红细胞，让这支“氧气运输队”能高效地完成任务。随着科学的进步，人类对红细胞膜骨架的认识也会越来越深入，相信在不久的将来，我们能更好地利用它的特性，为人类的健康和生活带来更多的益处。