细胞信号转导2章

第二章胞间信号

单细胞生物之间的社会性联系对其形态、功能、代谢、增殖与分化、存活都有重要影响，这种社会性联系的基础是肥间通讯。多细胞生物体由亿万个细胞组成具有不同功能的组织与器官，细胞间更精密的分工就要求有更紧密的联系，以便协调整体生命活动，因此胞间通讯尤为重要。

1．胞间通讯的类型

胞间通讯可分为以下三种类型：第—，通过质膜结合分子的直接接触型；第二，通过问隙连接的直接联系型；第三，通过分泌化学信号分子的向接联系型(图2．1)。第三种是本章主要内容，第—、二种类型仅在此作一简单介绍。

图2．1 细胞间通讯的三种不同类型（据B.Alberts等)

1．1直接接触型：识别与粘合

此类细胞间通讯的特点是借助细胞质膜表面结合的分子直接进行胞间联系。但由于细胞质膜上结合分子与其它胞外分子没有明显的界限，而且要把质膜结合分子从膜上溶解下来纯化它在技术上很不容易，因此要区别细胞接触后到底是通过结合在细胞膜外侧分子传递信息，还是通过分泌化学物质在小范围内介导，就很困难。

细胞识别及粘合的工作与此有关。细胞识别指邻近细胞之间通过质膜表面特性而相互接受或排斥，相识的细胞可发生进一步的粘合。识别与粘合的细胞可以是同种同类(如低等生物细胞聚集、高等生物血小板聚集)，或同种异类(如动植物性细胞受粉、受精)，或异种同类(如输血与器官移植时)，或异种异类(如病源微生物对寄主细胞的侵染)。细胞的识别与粘合无论对单细胞生物的摄食、性行为等，还是对多细胞生物的精卵结合、胚胎分化发育、形态发生。器官组织形成及功能都有重要的意义。绪论中我们巳提到细胞增殖的接触抑制。它可能与细胞质膜表面糖被结构接触后识别有关。1973年Roseman提出的细胞表面糖基转移酶参与细胞识别假说认为：存在于一个细脑表面的糖基转移酶，可与存在于另一个

细胞表面的该酶特异性底物糖链专一结合，完成互相识别过程。也有人认为精卵互相识别及致病微生物与宿主细胞识别可能是由其中一种细胞表面的凝集素(lectin)与另一种细胞表面的相应凝集素受体特异结合所决定的。以上看法似乎支持细胞可通过质膜表团结合物质完成识别的看法，但是确凿的证据还不多，且有人认为细胞凝集素(如动物可溶性内源凝集素)是作为中介物与细胞表面受体结合而促进细胞相互凝集的。这种情况下，作为中介物的内源凝集素就可能是作为—种细胞分泌物游离于胞外。在细胞粘连机理研究方面，大家所熟悉的海绵细胞同种细胞聚合粘连的原因，乃是分泌一种直径为100nm、分子量为20000kD的聚集因子大颗粒，将海绵细胞钻合在一起。至今已了解到，在许多生物细胞中起特异粘连作用的细胞粘连分子(cell adhesion molecule,CAM)。如神经细胞粘连分子(N—CAM．分子量为200—250kd)、肝细胞粘连分子(L-CAM)等，是与细胞表面结合的糖蛋白。粘连的化学亲和性理论(chemoaffinity theory)强调特异的分子互补，认为与细胞粘合有关的多种基因产物（细胞表面糖蛋白)之间高度特异的配对性互补结合是粘合的分子基础。但是两种细胞表面物质是直接互补还是通过中介物间接互补目前仍无法确定。

总之，细胞识别与粘合的研究表明其机制十分复杂。细胞间以直接接触方式通讯往往需要脑内信号系统的配合才能完成，细胞表面认别分子的物理接触往往作为胞外信号激活胞内信号系统产生生理反应。

1．2支接联系型：间隙连接

在细胞多种连接（粘着连接、不透性连接、间隙连接)中，间隙连接( gap junction)分布最为普遍，而且具有细胞间通道作用，因此特别引起人们的注意。

证明细胞中存在间隙连接，最初是发现两个神经细胞之间有电偶联现象：如将微电极插入相邻细胞，发现其电阻值(＜100Ω)大大低于一般细胞内外电阻值(500-1000Ω)。这说明细胞间有通道可以允许无机离子自由通过，形成电偶联。用小分子荧光素注入一个细胞，可以发现它们能转移到相邻细胞，而在细胞外液中看不到，这进一步说明细胞间有直接联系通道。用不同分子量的染料证明，这种通道可以让小于1—1．5kD的分子通过，即提示通道孔径约为1.5nm。以后用超薄切片及冰冻断裂技术从形态上直接观察到间隙连接的存在。目前认为，间隙连接是由结合于质膜的蛋白质形成的“连接小体”(connexons)结构组成。相邻两个细胞质膜的连接小体对接形成通道；每个连接小体又由6个分子量力27kD蛋白质亚单位组成，其中间孔径为1．5nm左右(图2．2)；每一个间隙连接包含布上百个成簇的连接小体。间隙连接的亚组分可以在几分钟内装配形成。目前已有报道，可将大鼠肝细胞中提取的分子量为27kD间隙连接蛋白质亚单位组装到磷脂双层中去，并有类似于完整间隙连接的功能。

图2．2 间隙连接模型（据B.Alberts等)

间隙连接是一个动态结构，连接孔径受细胞膜电位，细胞内p H、ca2+的调节某些细胞内膜电位低港，PH下降或ca2+浓度升高都可使通道关闭。

相邻细胞可通过间隙连接．以化学浓度差并散形式交流物质、完成信息传播。这种胞间通讯途径在细胞功能调节上的重要作用，已成为细胞生物学家感兴趣的研究课题之一。间隙连接的功能，表现在以下几个方面：

第一，电偶联传导。神经细胞间的电突触(区别于以递质传递的化学突触)可以使动作电什直接出—个细胞迅速地传到另一个细胞，而不必通过较缓慢的化学突触，这对一些动物在速度及准确性要求很高的逃生行为中是很重要的。电偶联也位心肌细胞和负责小肠蠕动的平滑肌细胞保持同步收缩。

第二，代谢的协调。间隙连接使细胞间可以共享某些代谢产物。例如，在组织培养中．缺乏胸苷激酶的突变细胞系不能将放射性标记的胸苷参入DNA；但如将此类细胞与正常野生型细胞(含胸苷激酶)共培养，供给标记胸苷后．在放射自显影实验中，可发现前者己将标记胸苷参人DNA中。这说明含放射性标记胸昔的DNA的体小分子已从野生型透入与它们接触的突变系细胞。

第三，胚胎发育与分化。胚胎发育晚期，各种组织开始分化。在一些组织分化期间出现了不同组织细胞之间间隙连接特征消失现象，这种情况常与细胞分化的最后阶段相联系。如两栖类胚胎发育中的神经管细胞最初与覆盖其上的外胚层细胞间有偶联，待神经管闭合时偶联解除，似乎意味着分化的确定。有人提出，内胚胎细胞间隙连接建立起来的小分子物质浓度梯皮，可以向细胞提供一个位置信息来控制决定细胞在胚胎中的身份和分化方向。也已经发现两栖类神经板的发育中细胞是电偶联的，神经板不同位置的细胞有不同的膜电位。间隙连接与形态建成关系的研究，目前十分引人注目。