金術(shù)超

(北京市第二中學(xué)亦莊學(xué)校 100176)

1 細(xì)胞間信息交流的方式

1. 1 細(xì)胞間信息交流的典型模式 細(xì)胞間的信息交流有以下三種典型模式: ①細(xì)胞分泌的化學(xué)物質(zhì)(如激素、神經(jīng)遞質(zhì))，隨體液到達(dá)全身各處，與靶細(xì)胞的細(xì)胞膜表面的受體結(jié)合，將信息傳遞給靶細(xì)胞，這種調(diào)節(jié)是最常見的類型；②相鄰兩個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞膜接觸，信息由一個(gè)細(xì)胞傳遞給另一個(gè)細(xì)胞；③相鄰兩個(gè)細(xì)胞之間形成通道，攜帶信息的物質(zhì)通過通道進(jìn)入另一個(gè)細(xì)胞。例如，高等植物細(xì)胞之間通過胞間連絲相互連接，也有信息交流的作用。胞間連絲貫穿兩個(gè)相鄰的植物細(xì)胞的細(xì)胞壁，并連接兩個(gè)原生質(zhì)體的胞質(zhì)絲。它們使相鄰細(xì)胞的原生質(zhì)連通，是植物物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳導(dǎo)的特有結(jié)構(gòu)。

1.2 外泌體在細(xì)胞間信息交流中的作用 外泌體是細(xì)胞分泌的40～100 nm級(jí)別膜性小泡，在20世紀(jì)80年代初就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，但其在細(xì)胞間所起到的信息交流作用，直至最近才開始為人們所認(rèn)識(shí)。外泌體可由B細(xì)胞、T細(xì)胞、樹突細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞等多種細(xì)胞釋放。正常生理狀態(tài)下，血液、尿液、乳汁、羊水中都能分離出外泌體，其內(nèi)含有蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等分子。由于外泌體具有囊泡結(jié)構(gòu)，其進(jìn)行細(xì)胞間信息交流方式與上述典型模式不同。外泌體參與細(xì)胞間信息交流有三種主要方式，包括膜表面信號(hào)分子的直接作用、膜融合時(shí)內(nèi)容物的胞內(nèi)調(diào)節(jié)以及生物活性成分的釋放調(diào)節(jié)。外泌體的發(fā)現(xiàn)使得細(xì)胞間的信息交流更加精細(xì)和全面，外泌體的發(fā)現(xiàn)揭示了存在于機(jī)體自身的RNA胞間轉(zhuǎn)移途徑，由于具有安全有效的靶向運(yùn)輸能力，在基因治療領(lǐng)域?qū)⒂型蔀槔硐氲幕蛑委熭d體[1]。

外泌體的形成過程包括兩部分：首先細(xì)胞膜通過“逆出芽”方式向內(nèi)出芽形成小囊泡，包容部分細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)成為多囊泡胞內(nèi)體；多囊泡胞內(nèi)體隨之與細(xì)胞膜相融合，存在其內(nèi)部的囊泡結(jié)構(gòu)被釋放到細(xì)胞外形成外泌體。

外泌體信息交流的作用機(jī)制主要是：①依賴于膜表面信號(hào)分子的信息轉(zhuǎn)運(yùn)。研究發(fā)現(xiàn)，B細(xì)胞來源的外泌體表面存在MHCI、MHCII、共刺激因子，它可以引發(fā)抗原特異性的T細(xì)胞免疫反應(yīng)。細(xì)胞可以分泌有Wnt蛋白的外泌體，通過遠(yuǎn)距離擴(kuò)散結(jié)合到靶細(xì)胞表面受體，調(diào)節(jié)細(xì)胞分化。②外泌體來源的mRNA被翻譯成蛋白質(zhì)，進(jìn)而參與相關(guān)調(diào)節(jié)作用，而且不僅僅是mRNA，其所轉(zhuǎn)移的microRNA同樣具有生物活性，在進(jìn)入受體細(xì)胞后可以靶向調(diào)節(jié)mRNA的翻譯水平。③外泌體來源的脂質(zhì)通過Notch信號(hào)途徑促進(jìn)受體細(xì)胞凋亡；外泌體來源的轉(zhuǎn)錄因子受體參與調(diào)解受體細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄[2]。

通常細(xì)胞間信息交流方式是細(xì)胞通過分泌蛋白質(zhì)等信號(hào)分子，作用于靶細(xì)胞膜表面的特異性受體進(jìn)而激發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，改變受體細(xì)胞的功能狀態(tài)。而外泌體信息交流作用的出現(xiàn)使得信號(hào)分子在體液中的彌散過程不再重要，保證了那些在細(xì)胞外液中易失活或降解的成分安全轉(zhuǎn)移至靶細(xì)胞內(nèi)參與調(diào)解[2]。

2 有關(guān)細(xì)胞間信息交流中的受體

2.1 細(xì)胞膜上的受體 細(xì)胞膜受體位于靶細(xì)胞膜上，例如膽堿受體、胰島素受體、胰高血糖素受體等，其中激素的受體種類最豐富。細(xì)胞膜表面受體與激素分子結(jié)合后如何產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)呢？作為第一信使的激素分子與細(xì)胞膜受體結(jié)合后并不進(jìn)入細(xì)胞。結(jié)合激素的受體能使位于膜上的腺苷酸環(huán)化酶活化，從而使ATP轉(zhuǎn)成環(huán)腺苷酸(cAMP)，后者稱為第二信使，它能引發(fā)細(xì)胞內(nèi)一系列生化反應(yīng)而產(chǎn)生最終生物效應(yīng)。例如，腎上腺素在腎上腺髓質(zhì)分泌后通過血液輸送至肝細(xì)胞產(chǎn)生效應(yīng)。它們與肝細(xì)胞表面受體相結(jié)合后能使膜上腺苷酸環(huán)化酶活化催化ATP形成cAMP，后者使蛋白激酶等一系列酶蛋白相繼活化，最終使糖原分解成葡萄糖，從而使血糖濃度升高。

有些受體(例如，α類腎上腺素能受體)與激素結(jié)合后細(xì)胞內(nèi)不是cAMP而是Ca2+的濃度有明顯增加，這可能是由于膜上Ca2+通道開啟，使細(xì)胞外Ca2+進(jìn)入細(xì)胞引起的。Ca2+能與鈣調(diào)蛋白結(jié)合并引起一系列反應(yīng)，因而有人認(rèn)為Ca2+也是一種第二信使。

近年來，發(fā)現(xiàn)有些激素(如胰島素)與細(xì)胞膜受體結(jié)合后并不僅僅停留在表面，形成的胰島素-受體復(fù)合物可通過胞吞方式進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，繼而這些復(fù)合物再與溶酶體融合或與其他細(xì)胞器膜相結(jié)合而產(chǎn)生生物效應(yīng)[3]。

2.2 細(xì)胞內(nèi)受體 細(xì)胞內(nèi)受體主要包括胞漿受體(位于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中)和胞核受體(位于細(xì)胞核內(nèi))兩種。胞漿受體位于靶細(xì)胞漿內(nèi)，例如性激素受體、腎上腺皮質(zhì)激素受體等；胞核受體位于靶細(xì)胞核內(nèi)，例如甲狀腺素、雌激素受體、雄激素受體等。

細(xì)胞內(nèi)受體多為反式作用因子，當(dāng)與相應(yīng)信息分子結(jié)合后，能與DNA的順式作用元件結(jié)合,調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。能與此型受體結(jié)合的信息物質(zhì)有類固醇激素、甲狀腺素和維甲酸等。

2.3 突觸前膜受體 突觸前膜釋放神經(jīng)遞質(zhì)作用于突觸后膜的受體蛋白引起靶細(xì)胞興奮或抑制。研究發(fā)現(xiàn)突觸前膜也存在受體，即突觸前受體，其激活有助于控制神經(jīng)信號(hào)傳播的強(qiáng)度。突觸前受體可分為：①突觸前自身受體，是指位于軸索末梢、被該神經(jīng)末梢釋放的遞質(zhì)所作用、對(duì)該神經(jīng)末梢遞質(zhì)釋放起調(diào)節(jié)作用的受體，可導(dǎo)致遞質(zhì)釋放的增減；②突觸前旁調(diào)受體，其一方面受附近其他神經(jīng)或組織釋放遞質(zhì)或活性物質(zhì)所作用；另一方面也調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，并對(duì)鄰近神經(jīng)末梢釋放的遞質(zhì)、局部產(chǎn)生的其他物質(zhì)或血源性物質(zhì)敏感，可以抑制或激活神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。由于突觸前受體在調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)釋放過程中具有重要作用，通過研制合適的突觸前受體的激動(dòng)劑或拮抗劑，適度調(diào)節(jié)神經(jīng)末梢遞質(zhì)的釋放，可以達(dá)到控制或治療多種疾病的目的[3]。

3 細(xì)胞間信息交流中傳遞信息的分子

細(xì)胞間以間接的方式進(jìn)行信息交流時(shí)，信息分子在傳遞信息過程中起到信號(hào)分子的作用。 根據(jù)信號(hào)分子的溶解性可分為親水性和親脂性兩類。親水性信號(hào)分子的主要代表是神經(jīng)遞質(zhì)、含氮類激素(除甲狀腺激素)、局部介質(zhì)等，它們不能穿過靶細(xì)胞膜，只能通過與細(xì)胞表面受體結(jié)合，再經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)跨膜傳遞信息，以啟動(dòng)一系列反應(yīng)而產(chǎn)生特定的生物學(xué)效應(yīng)。親脂性信號(hào)分子要穿過細(xì)胞質(zhì)膜作用于細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中的受體，與胞內(nèi)受體結(jié)合形成激素-受體復(fù)合物，成為轉(zhuǎn)錄促進(jìn)因子，作用于特異的基因調(diào)控序列，啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，主要代表是類固醇類激素、甲狀腺激素等。

此外，已發(fā)現(xiàn)和證實(shí)一氧化氮(NO)在生物體內(nèi)是一種重要的信號(hào)分子和效應(yīng)分子， NO是迄今在體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)氣體性信號(hào)分子，它能進(jìn)入細(xì)胞直接激活效應(yīng)酶，參與體內(nèi)眾多的生理病理過程。研究表明，ATP也可以作為神經(jīng)細(xì)胞間信息傳遞的信號(hào)分子。有些抗體分子可以與吞噬細(xì)胞表面受體結(jié)合，以增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的吞噬功能，這與激素的特點(diǎn)類似，可以說是信號(hào)分子[3]。