微管是真核細胞骨架的核心組分，其動態不穩定性由 Tim Mitchison 和 Marc Kirschner（1984, Nature）首先描述，奠定了理解細胞分裂和細胞內運輸的基礎。
動態不穩定性的分子機制
活體內微管的動態參數高度調控：典型哺乳動物細胞中，生長速率 ~10-20 μm/min，縮短速率 ~20-40 μm/min，災難頻率 ~0.03 s⁻¹，拯救頻率 ~0.05 s⁻¹。GTP cap 的存在與否是核心開關——cryo-EM 結構研究（Zhang et al., 2015, Cell）顯示 GTP-tubulin 在微管晶格中採取伸展構象（extended conformation），而 GDP-tubulin 採取壓縮構象（compacted conformation），後者在晶格中產生機械應變（strain），是災難時微管向外捲曲（ram's horn curling）的結構基礎。
微管正端追蹤蛋白（+TIPs）家族在調控動態中至關重要。EB1（End-Binding 1）是核心的正端追蹤蛋白，優先辨識新聚合區域的 GTP/GDP-Pi 微管晶格。CLASP 促進拯救；MCAK（kinesin-13 家族）催化災難——它不沿微管行走，而是在正端催化 tubulin 的彎曲和解離。Stathmin/Op18 結合游離 tubulin 二聚體降低可用濃度。
有絲分裂紡錘體的自組織
紡錘體的組裝結合了兩種機制：(1)「搜索與捕獲」（search and capture）——動態不穩定的微管從中心體輻射，隨機探索空間直到被動粒捕獲；(2) 染色體周圍的 Ran-GTP 梯度驅動的自組織成核——GEF RCC1 結合在染色體上產生高濃度 Ran-GTP，釋放受 importin 抑制的紡錘體組裝因子（如 TPX2 活化 Aurora A 激酶促進微管成核）。
動粒-微管附著的「錯誤修正」由 Aurora B 激酶執行——它位於内著絲粒，磷酸化缺乏張力（tension）的動粒-微管連接中的 Ndc80 複合體，降低其與微管的親和力。當雙方向附著（amphitelic attachment）建立後，張力將底物拉離 Aurora B 的磷酸化區域，連接穩定。紡錘體組裝檢查點（SAC）的核心是 Mad2 的構象變化——Mad1-Mad2^C（closed）模板催化 O-Mad2（open）轉化為 Mad2^C，後者結合 Cdc20 形成 MCC（mitotic checkpoint complex），抑制 APC/C 活性。
微管的翻譯後修飾：tubulin code
α-tubulin 的 C 端尾部接受多種翻譯後修飾：去酪胺酸化（detyrosination）、Δ2-tubulin、多聚麩胺酸化（polyglutamylation）、多聚甘胺酸化（polyglycylation）、乙醯化（K40 acetylation，位於管腔內側）。這些修飾構成「tubulin code」（Janke & Magiera, 2020, Nature Reviews Molecular Cell Biology），調控馬達蛋白的偏好性——例如 kinesin-1 偏好乙醯化和去酪胺酸化的微管（穩定老化軌道），而含酪胺酸的微管（動態新生軌道）則招募不同的馬達和 +TIPs。
微管與神經退化疾病
Tau 蛋白是軸突微管的主要穩定蛋白。在 Alzheimer 病中，tau 的過度磷酸化使其從微管脫落並形成神經纖維纏結（neurofibrillary tangles, NFTs），導致軸突運輸崩潰。Tau 的液-液相分離（LLPS）近年被發現在正常生理（濃縮微管成核因子）和病理（形成聚集前體）中都扮演角色（Wegmann et al., 2018, EMBO Journal）。微管穩定劑 epothilone D 在 tau 病變動物模型中改善軸突運輸和認知功能，但臨床轉譯仍面臨血腦屏障通透性的挑戰。
微管在初級纖毛中的角色
初級纖毛（primary cilium）是大多數哺乳動物細胞表面的單根不動纖毛，以「9+0」微管結構（無中央對）為骨架。它是 Hedgehog（Hh）和 Wnt 等發育信號路徑的感測平台——Hh 信號需要 Smoothened 蛋白在纖毛膜上的富集才能活化 Gli 轉錄因子。初級纖毛的缺陷導致纖毛病（ciliopathies），包括多囊腎病（PKD）、Bardet-Biedl 症候群和 Joubert 症候群，影響腎臟、眼睛和腦部發育。