细胞通讯的异同点 —— 易正鑫

关于细胞通讯。 细胞通讯的几种方式。方式 细胞通讯方式的相同点。相同 细胞通讯方式的不同点。不同 细胞通讯的生物学上的意义。意义 细胞通讯通讯障碍细胞通讯通讯障碍引起癌。

多细胞生物是一个繁忙而有序的细胞社会， 这种社会性的维持不仅以来于细胞的物质代谢与 能量代谢，还依赖于细胞通讯与信号传递，从而 以不同的方式协调他们的行为，诸如细胞生长﹑分 裂﹑分化以及各种生理功能。 细胞通讯（ cell communication ）是指一个细 胞通过介质的传递到另一个细胞产生相应的反应。 细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的 构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长和分裂 是必需的。

细胞通讯有三种方式： 1 ）细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互间通讯， 这是多细胞生物包括动物和植物的最普遍采用的 通讯方式；分泌化学信号 2 ）细胞间接触性依赖的通讯（ contact-dependent signaling ），细胞间直接接触，通过与质膜结合的 信号分子影响其他细胞；接触性依赖直接接触 3 ）细胞间形成间隙连接 使细胞质相互 沟通，通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联。

细胞通讯的相同之处在于：通讯方式都是 通过介质传递的；通讯方式都对这个生物 体有着不容忽视的功能；

通讯方式一：通过细胞分泌化学信号 来实现的。其中它又包括 四种 分泌方式。 四种 通讯方式二：细胞间接触性依赖的通讯，细胞间直接接触，它不需要分泌的化学 信号分子的释放，代之以通过与质膜结合的信号分子与其相接触的耙细胞质膜上 的受体分子相结合，影响其他细胞。这种通讯方式在胚胎发育过程中对组织内相 邻细胞的分化具有重要作用。在胚胎发育过程中，神经系统来源于胚胎上皮细胞 层。将发育为神经系统的上皮细胞层，最初相邻细胞之间是彼此相同的，在发育 过程中，单个细胞通过独立分化成为神经元，而与其相邻的饿细胞则受到抑制保 持非神经细胞状态。这是因为将分化形成神经元的细胞通过膜结合的抑制信号分 子（成为 Delta, ﹠）与其相接触的相邻细胞的膜受体结合，从而阻止它们也分化为 神经元细胞。控制这一过程的信号是通过细胞间接触而传递的。这类信号分子与 受体都是细胞的跨膜蛋白，在脊椎动物和无脊椎动物的各种其他组织中，控制细 胞分化的过程，也是靠基本相同的分子所介导的相同的机制来实现的。在接触依 赖性信号传递失败的突变体中，有些类型的细胞会过量发生。接触性依赖 通讯方式三：通过 细胞间隙连接 来使细胞质相互沟通。 细胞间隙连接

内分泌 内分泌 （ endorine ），有内分泌细胞分泌信号分子（激素） 到血液中，通过血液循环送运到体内个部位，作用于耙细胞。 旁分泌（ paracrine ）。细胞通过分泌局部化学介质到细胞外液中，经过局部 扩散作用于邻近耙细胞。这对创伤或感染组织刺激细胞增殖以恢复功能具有 的重要意义。 自分泌（ autocrine ）。细胞对自身分泌的物质产生反应。自分泌信号常见于 病理条件下，如肿瘤细胞合成和释放生长因子刺激自身，导致肿瘤细胞的增 殖失控。 通过化学突触传递神经信号（ neuronal signaling ）。当神经元细胞在接受环境 或其他神经细胞的刺激后，神经信号通过动作电位的形成沿轴突以高达 100m/s 的速度传到末梢，刺激突触前突起终末分泌化学信号（神经递质或神 经肽），快速扩散（不到千分之一秒）作用于相距 50nm 的突触后细胞，影响 突触后膜，实现电信号 —— 化学信号 —— 电信号转换和传导。此外，通过分 泌外刺激传递信息也属于通过化学信号进行的细胞间通讯，作用于同类的其 他个体。

间隙连接是一种通讯连接，它分布非常广泛，几乎所有的动物组织中都存在间隙连接。不同 的间隙连接由几个到 个不等。 细胞连接的结构和成分：间隙连接是相邻细胞膜间有 2~3nm 的间隙。构成间隙连接的基本单 位成为连接子（ connexon ）。每个连接子由 6 个相同或相似的跨膜蛋白亚单位 conexion 环绕， 中心形成一个直径约 1.5nm 的孔道。相邻细胞膜上的两个连接子对接便形成一个间隙连接单位， 因此间隙连接也可以叫缝隙连接或缝管连接。许多的间隙连接单位往往集接在一起。 功能及其调节机制：间隙连接已经被证明它的通道可以允许通过相对分子质量小于 1000 的 分子通过，即小分子可能通过，大分子一般不能通过。 1 ）间隙连接在代谢偶联中的作用：间隙连接能够允许小分子代谢物质和信号分子通过，是 细胞间代谢偶联的基础。而代谢偶联作用在协调细胞群体的生物学功能的方面，可能起更重 要的作用。 2 ）间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用：有利于细胞间的快速通讯，动作电位可以 从一个细胞迅速的传到另一个细胞，这对于某些无脊椎动物和鱼类快速准确的逃避反射是十 分重要的。还有人认为间隙连接在神经元之间的通讯及中枢神经系统的整合过程中起重要作 用。 3 ）间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用：间隙连接出现脊索动物和大多数无 脊椎动物胚胎发育的早期。存在于发育与分化的特定阶段的细胞之间。 4 ）间隙连接的同透性是可以调节的：间隙连接是一种可以随细胞内的变化而进行开关的动 态结构。间隙连接通透性受外界化学信号的调节，有助于细胞间的代谢偶联。

意义 高等生物所处的环境无时无刻不在变化，机体功能上 的协调统一要求有一个完善的细胞间相互识别、相互 反应和相互作用的机制，这一机制可以称作细胞通讯 (Cell Communication) 。在这一系统中，细胞或者识别 与之相接触的细胞，或者识别周围环境中存在的各种 信号 ( 来自于周围或园距离的细胞 ) ，并将其转变为细胞 内各种分子功能上的变化，从而改变细胞内的号转导 (Signal Transduction) ，其最终目的是使机体在整体上对 外界环境的变化发生最为适宜的反应某些代谢过程， 影响细胞的生长速度，甚至诱导细胞的死亡。这种针 对外源性信号所发生的各种分子活性的变化，以及将 这种变化依次传递至效应分子，以改变细胞功能的过 程称为信。

图 21-1 三种细胞通讯的基本方式

( 二 ) 膜表面分子接触通讯 每个细胞都有众多的分子分布于膜的外表面。这 些分子或为蛋白质，或为糖蛋白。这些表面分子 作为细胞的触角，可以与相邻细胞的膜表面分子 特异性地相互识别和相互作用，以达到功能上的 相互协调。这种细胞通讯方式称为膜表面分子接 触通讯 (Contact signaling by plasmamembrane bound molecules) 。膜表面分子接触通讯也属于细 胞间的直接通讯，最为典型的例子是 T 淋巴细胞与 B 淋巴细胞的相互作用 ( 图 21 － 4) 。 ( 图 21 － 4)

图 21-2 间隙连接功能示意图，荧光标记的不同大小的分子注入细 胞后，依靠间隙连接进入另外一个细胞，图中数字表示分子量

图 21-3 间隙连接结构示意图

图 21-4 膜表面分子接触通讯举 例

图 21-5 化学信号的三种形式

图 21-6 水溶性和脂溶性化学信号 的转导 1. 内分泌 (endocrine) 系统以激素为主， 它们是由内分泌器 官分泌的化学信号, 并随血液的流动作 用于全身的耙器官。

( 三 ) 化学通讯 细胞可以分泌一些化学物质－蛋白质或小分子 有机化合物至细胞外，这些化学物质作为化学 信号 (chemical signaling) 作用于其它的细胞 ( 靶 细胞 ) ，调节其功能，这种通讯方式称为化学通 讯。化学通讯是间接的细胞通讯，即细胞间的 相互联系不再需要它们之间的直接接触，而是 以化学信号为介质来介导的。根据化学信号分 子可以作用的距离范围，将其分为三类 ( 图 21 － 5) 。 ( 图 21 － 5)

砷致癌可因 “ 细胞通讯 ” 障碍起

大量的流行病学调查研究显示，无机砷 暴露与人的肺癌、皮肤癌、膀胱癌及肾 癌的发生存在着剂量反应关系。据此， 国际癌症研究机构于 1980 年将无机砷正 式确认为人类致癌物。然而，砷致癌的 流行病学资料和动物实验结果并不完全 一致，砷致癌的动物实验模型至今尚未 建立，砷致癌机制至今仍不很清楚。最 近的一些研究表明，砷可能具有肿瘤促 长活性，亚砷酸可刺激表皮角朊细胞生 长因子的释放而促进表皮角朊细胞的异 常增殖。

动物实验研究发现，在给予致癌起始物 后，二甲基胂酸可明显促进大鼠膀胱、 肝脏、肾脏及甲状腺癌的发生，而单独 给予二甲基胂酸组却并未观察到肿瘤的 发生。这提示二甲基胂酸可能为一种促 癌物。我们最近的研究也发现，亚砷酸 和砷酸可明显抑制 V79 细胞的代谢协同 作用，提示无机砷可能对细胞缝隙连接 通讯（ GJIC ）有抑制作用。 GJIC 对于细 胞的生长调控非常重要，其功能异常是 肿瘤细胞的一个重要特征，与癌症发生 的促长阶段密切相关。

砷影响细胞 GJIC 的机制目前还不清楚，研究表 明，许多促癌物对细胞 GJIC 的作用与它们激活 PKC 依赖的缝隙连接蛋白磷酸化有关。本次研 究发现，不同浓度的亚砷酸与人皮肤成纤维细 胞作用 24 小时后，可显著促进细胞膜及胞浆 PKC 活性，对细胞胞膜蛋白激酶的激活作用尤 为显著。 PKC 通常以无活性的形式存在于胞浆 中，其被激活后，可从胞浆转移到生物膜上， 它是生物信息传递的最主要条件。因此，我们 推测亚砷酸可能通过激活细胞蛋白激酶活性， 而引起细胞缝隙连接蛋白磷酸化，最终导致 GJIC 抑制而引发癌变。

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