原生动物类中间纤维系统的研究现状

胡鹏月

(哈尔滨师范大学，黑龙江 哈尔滨 150000)



原生动物类中间纤维系统的研究现状

胡鹏月

(哈尔滨师范大学，黑龙江 哈尔滨 150000)

摘要：阐述了原生动物类中间纤维结构的功能，这一体系结构对生命活动起到的作用和对高等动物细胞的中间纤维结构研究提供的参考和借鉴意义。从三方面论述了在生化去膜技术在扫描电镜下，分级抽提和DGD包埋去包埋技术透射电镜及免疫学方法及荧光显微镜下几种原生动物类中间纤维结构的研究进展，分析了原生动物在类中间纤维结构研究中存在的种种问题，并且对其发展前景进行了展望。

关键词：原生动物；类中间纤维系统；透射电镜；扫描电镜；免疫荧光

引言

高等真核细胞中存在的中间纤维(intermediate filament，IF)结构，多以不分枝的长纤维形式存在，在细胞中主要以刚性支架作用形式存在，这一纤维体系对细胞生命活动起到多方面的重要作用。经前人实验研究证明此结构也存在于原生动物中，原生动物是一类最原始的单细胞生物，因此，原生动物学中是否存在类中间纤维结构的研究也为高等动物学研究提供了重要的参考和借鉴。原生动物中含有的类中间纤维结构体系是由直径约10纳米的单根纤维或单根纤维结合在一起的纤维束形成的结构上互相联系的三维网络体系。在原生动物中类中间纤维的功能与高等动物细胞的中间纤维相比，应有大体相似的作用，但也有一些不同，总结可能具有三个功能：a以细胞支架的形式存在、可以维持细胞的形态、能够稳定细胞内各种膜的结构；b不仅能够为细胞的其他组分提供附着面，还可能参与细胞内外信息的传递；c可能参与了细胞内染色体DNA的复制、功能的构建以及基因的表达与调控[1-4]。目前由于研究的原生动物有限，对于类中间纤维体系是否普遍存在于所有纤毛虫这个问题依然是有待证实的问题，也是值得去深入探讨的。

1用生化去膜技术在扫描电镜下显示的类中间纤维结构

Grim等应用非离子去垢剂抽提提取细胞骨架技术与扫描电镜技术结合的方式观察到了游仆虫的表膜下纤维层结构，将纤毛虫皮层细胞骨架的形态观察从二维水平发展到三维水平[5]。

朱慧等利用Zou等人(1990)报告的适当改变了处理时间去抽提皮层细胞骨架。进一步显示了短时间抽提小游仆虫(Eupltes gracilis)后，保留了游仆虫背、腹面完整的纤维网结构，呈不规则的五角或六角形，相邻网格间的纤维物质是彼此共用的。其作用应是对细胞的结构形态起到维持作用；与其他纤毛结构相连接是支持了其他纤毛器的运动[6]。以上虽然在技术层面上将纤维结构从平面变成了立体结构，但未明确表明具体类中间纤维结构分布。

2用分级抽提和DGD包埋去包埋技术透射电镜显示类中间纤维结构

蔡树涛等人采用非树脂包埋去包埋剂超薄切片结合选择性生化抽提方法与DGD包埋去包埋技术在透射电镜下显示了蔻氏隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)丰富的胞质中间纤维网络，编织成的网络结构致密并且均匀[7]。之后蔡书涛等又将同样实验方法应用于四膜虫(tetrahymena thermophila)上，结果显示出四膜虫细胞大核周具有一层完整发达皮层骨架系统，小核中亦存在此结构[8]。但是在四膜虫胞质中没有发现典型的中间纤维体系,分析其原因可能为同原生动物较低等进化地位不同所致。

杨振云等人用生化分离抽提和DGD包埋—去包埋透射电镜技术在冠突伪尾柱虫(Pseudourostyla cristata)营养细胞和休眠细胞中都观察到了类中间纤维结构体系，在营养细胞表膜下不同的部位布满了不同密度的类中间纤维网格，整体结构类似扭曲的串珠线。在冠突伪尾柱虫发展为包囊以后，大部分的纤毛及其附属微管、其他的胞质微管开始逐渐消失，但是细胞中以中间纤维为基本形态单元的类中间纤维体系依然存在，并且基本保持与营养细胞中的结构状态相同[9]。

李艺松等人应用生化分级抽提方法、DGD包埋—去包埋透射电镜技术研究出了膜状急纤虫的营养细胞和休眠细胞内的类中间纤维结构，营养细胞核骨架体系由较致密的纤维网格组成，核纤层位于细胞核周缘，薄层状。纤维上常附着一些高嗜锇性的颗粒，此体系在细胞质中形成的三维网格结构还和其他的细胞质组分交织在一起,功能上分析可能是为细胞通讯、细胞核内外信号传递建立了一个结构的基础；休眠细胞内仍然存在此结构，不同处为此结构较营养细胞内结构更致密[10]。

倪兵等人用同样方法在包囊游仆虫(Euplotes encysticus)营养细胞中观察到了直径10nm左右的单根纤维及由此纤维结构聚集成的直径为20~30nm之间的纤维束结构，几乎每一根纤维都有一个或者多个分支，并且与邻近纤维的分支彼此交汇，并且在交汇的位置会附着一些不规则的电子密度颗粒。此项研究结果证明了类中间纤维结构的分布并不是孤立的，是与多种细胞结构体系、多种细胞器相互联系且相互作用的。由此之外，其毛基体的纤毛杆的残留物和类中间纤维之间存在着纤维连接，启示着类中间纤维和微管在细胞生命活动中可能存在着功能和结构的联系。在休眠细胞包囊壁层中观察到类似于类中间纤维的纤维网络，其网络结构致密且均匀，本纤维结构将细胞质网络体系与表质层中残留的纤维体系隔开，由此推测类中间纤维结构除维持细胞形态以外还可能与胞内外信息的传递有关系[11]。

3用免疫学方法及荧光显微术显示的类中间纤维结构

冯磊等人用DGD包埋去包埋技术与免疫荧光实验处理小眼虫(Euglena gracilis)观察到在眼虫中的类中间纤维大多以束状短纤维网格形式存在。此结果与以前研究的蔻氏隐甲藻、四膜虫的研究相同。结果可以说明在原生动物中短纤维网络应是骨架中较为重要的一种存在方式。在免疫荧光实验中显示类中间纤维蛋白主要分布在细胞表皮的下层和各类细胞器的表面，类中间纤维蛋白主要成分66KD蛋白[12]。

胡国群利用分级抽提技术发现螅状独缩虫(Carchesium polypinum)体内大核的周围有核纤层结构，波动膜的纤毛基粒同微纤维区的类中间纤维紧密结合联系在一起，这种结合结构的抗抽提性可认为这些类中间纤维结构不仅具有稳固和支撑波动膜的作用，而且可能还与波动膜的运动有联系。间接免疫荧光和免疫印迹技术结果可测定螅状独缩虫中存在类中间纤维结构[13]但此虫体中的纤维网格体系特征并不明显，其结果分析与文献报道的四膜虫相同，这或许同原生动物较低等的进化地位有关。

高崇明等人以抗中间纤维蛋白抗体作为探针对尾草履虫(Paramecium caudatum)进行了免疫荧光实验，结果表明草履虫虫体中存在类中间纤维。在口器部位，间期小核中也存在类中间纤维结构，因此作者推测染色体骨架等基本结构是否可能主要由中间纤维而非微管或微丝构成并由它们组成了细胞分裂的纺锤体，此推测仍未被实验所证实。用SDS-PAGE和免疫印迹技术发现23KD蛋白是草履虫类中间纤维结构的主要纤维蛋白成分[14]。

4存在问题

以上有关原生动物类中间纤维形态学研究，主要基于Penrnan实验室(1984)[15]建立的细胞选择性抽提及非树脂包埋-去包埋方法和免疫学等研究细胞骨架体系的方法，证明了类中间纤维在原生动物中的存在，初步的探明了类中间纤维-核纤层-核骨架体系的基本结构和分布，并且也发现了几种不同类型的中间纤维，但非树脂包埋-去包埋的方法只是用于透射电镜观察，只能提供二维图像真实性并不全面，而且经抽提后中间纤维与其它物质分离，也影响了反映其形态结构的真实性。尽管后来出现的免疫荧光染色与共聚焦显微镜的三维合成技术能给予人们了一个立体的构像，但因受放大倍率的限制，无法看清细节。因此在原生动物的类中间纤维结构的研究需要开辟新的研究路径，发现新的研究手段，仍需深入完善研究原生动物皮层类中间纤维系统的特征和生物学作用功能，从而对原生动物类中间纤维系统的研究有更加清晰和全面的认识。

5今后研究方向和展望

在今后类中间纤维结构的研究中可关注原生动物类中间纤维结构的实验验方法改善，全面清晰的能展示出纤毛虫皮层下纤维系统的三维结构并确定性质，深入研究和探讨其结构的作用或功能以及这一结构在更多原生动物中存在的证实。研究不同种类原生动物皮层类中间纤维系统的特征和生物学功能，可以填补中间纤维进化路线的某些环节，对原生动物研究的科学意义深刻，也为高等动物中间纤维结构的功能研究提供方法和理论的参考和借鉴。

参考文献：

[1]Allen,R D.Fine Structure of Membranous and Microfibrillar Systems in the Cortex of Paramecium caudatum.J Cell Biol,197149:1-20.

[2]Allen,J L,Douglas,M G,Organization of the Nuclear Pore Complex in Saccharomyces cerevisiae.J Ultrastruct Mol Res,1989,102:95-108.

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[4]Chen L,Ni B,Gu F K.Studies on electron microsocopic enzyme-cytochemistry of organelles of resting cyst in Paraurostyla weissei(Ciliophora,Hypotrichida).Zool.Res.2000,21(3):199-203.

[5]Grim J N.Subpellicular microtubules of Euplotes eurystomus:their geometry relative to cell form,surface contours and ciliary organelles.J Cell Sc,1982,56:471-484.

[6]朱慧，周士法，李艺松等.用非离子去垢剂抽提获得的小游仆虫皮层细胞骨架的构形.动物学研究，2004,25(5)：422-428.

[7]蔡树涛，翟中和.寇氏隐甲藻细胞核骨架与中间纤维的研究.实验生物学报，1991，24(1)：33-43.

[8]蔡树涛，焦仁杰，史晓露，翟中和.四膜虫细胞的核骨架及类中间纤维.动物学报，1995,41(2)：212-216.

[9]杨振云，顾福康，倪兵，季玲妹.营养期和休眠期冠突伪尾柱虫的类中间纤维—核纤层—核骨架体系.动物学研究，2001，22(1)：85-87.

[10]李艺松，隋淑光，张丽，顾福康.急纤虫营养细胞和休眠细胞的中间纤维—核骨架体系.动物学研究，2004，25(2)：147-152.

[11]倪兵，隋淑光，顾福康.包囊游仆虫细胞的类中间纤维细胞骨架体系.华东师范大学学报，20067(4)：97-109.

[12]冯磊，高崇明，李荫蓁.眼虫中存在类中间纤维骨架体系.北京大学学报(自然科学版)，1999，35(4)：503-508.

[13]胡国群，高崇明.螅状独缩虫类中间纤维的初步研究.北京大学学报(自然科学版)，2003，39(2)：178-181.

[14]高崇明，陈秋实，冯磊，李荫蓁.草履虫的类中间纤维以免疫学方法进行的初步研究.2006,37(6)：791-796.

[15]Capeo,D.G,G.Krochmalnic and S.Penman.A new method of preparing embedment-frees sections for transmission electron microscopy:applications to the cytoskeletal framework and other three-dimensional networks.J.Cell Biol,1984,98:1878-1885.

中图分类号:Q26

文献标志码：A

文章编号：1671-1602(2016)06-0027-02

作者简介：胡鹏月(1991.10-)，女，汉，黑龙江省鸡西市，在读研究生，哈尔滨师范大学，原生动物学。