有关细胞间信息交流知识的拓展

金术超

(北京市第二中学亦庄学校 100176)

1 细胞间信息交流的方式

1. 1 细胞间信息交流的典型模式 细胞间的信息交流有以下三种典型模式: ①细胞分泌的化学物质(如激素、神经递质)，随体液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞，这种调节是最常见的类型；②相邻两个细胞的细胞膜接触，信息由一个细胞传递给另一个细胞；③相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。例如，高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，也有信息交流的作用。胞间连丝贯穿两个相邻的植物细胞的细胞壁，并连接两个原生质体的胞质丝。它们使相邻细胞的原生质连通，是植物物质运输、信息传导的特有结构。

1.2 外泌体在细胞间信息交流中的作用 外泌体是细胞分泌的40～100 nm级别膜性小泡，在20世纪80年代初就已经被发现，但其在细胞间所起到的信息交流作用，直至最近才开始为人们所认识。外泌体可由B细胞、T细胞、树突细胞、成纤维细胞、内皮细胞和肿瘤细胞等多种细胞释放。正常生理状态下，血液、尿液、乳汁、羊水中都能分离出外泌体，其内含有蛋白质、核酸、脂质等分子。由于外泌体具有囊泡结构，其进行细胞间信息交流方式与上述典型模式不同。外泌体参与细胞间信息交流有三种主要方式，包括膜表面信号分子的直接作用、膜融合时内容物的胞内调节以及生物活性成分的释放调节。外泌体的发现使得细胞间的信息交流更加精细和全面，外泌体的发现揭示了存在于机体自身的RNA胞间转移途径，由于具有安全有效的靶向运输能力，在基因治疗领域将有望成为理想的基因治疗载体[1]。

外泌体的形成过程包括两部分：首先细胞膜通过“逆出芽”方式向内出芽形成小囊泡，包容部分细胞质基质成为多囊泡胞内体；多囊泡胞内体随之与细胞膜相融合，存在其内部的囊泡结构被释放到细胞外形成外泌体。

外泌体信息交流的作用机制主要是：①依赖于膜表面信号分子的信息转运。研究发现，B细胞来源的外泌体表面存在MHCI、MHCII、共刺激因子，它可以引发抗原特异性的T细胞免疫反应。细胞可以分泌有Wnt蛋白的外泌体，通过远距离扩散结合到靶细胞表面受体，调节细胞分化。②外泌体来源的mRNA被翻译成蛋白质，进而参与相关调节作用，而且不仅仅是mRNA，其所转移的microRNA同样具有生物活性，在进入受体细胞后可以靶向调节mRNA的翻译水平。③外泌体来源的脂质通过Notch信号途径促进受体细胞凋亡；外泌体来源的转录因子受体参与调解受体细胞的转录[2]。

通常细胞间信息交流方式是细胞通过分泌蛋白质等信号分子，作用于靶细胞膜表面的特异性受体进而激发细胞内信号通路，改变受体细胞的功能状态。而外泌体信息交流作用的出现使得信号分子在体液中的弥散过程不再重要，保证了那些在细胞外液中易失活或降解的成分安全转移至靶细胞内参与调解[2]。

2 有关细胞间信息交流中的受体

2.1 细胞膜上的受体 细胞膜受体位于靶细胞膜上，例如胆碱受体、胰岛素受体、胰高血糖素受体等，其中激素的受体种类最丰富。细胞膜表面受体与激素分子结合后如何产生生物学效应呢？作为第一信使的激素分子与细胞膜受体结合后并不进入细胞。结合激素的受体能使位于膜上的腺苷酸环化酶活化，从而使ATP转成环腺苷酸(cAMP)，后者称为第二信使，它能引发细胞内一系列生化反应而产生最终生物效应。例如，肾上腺素在肾上腺髓质分泌后通过血液输送至肝细胞产生效应。它们与肝细胞表面受体相结合后能使膜上腺苷酸环化酶活化催化ATP形成cAMP，后者使蛋白激酶等一系列酶蛋白相继活化，最终使糖原分解成葡萄糖，从而使血糖浓度升高。

有些受体(例如，α类肾上腺素能受体)与激素结合后细胞内不是cAMP而是Ca2+的浓度有明显增加，这可能是由于膜上Ca2+通道开启，使细胞外Ca2+进入细胞引起的。Ca2+能与钙调蛋白结合并引起一系列反应，因而有人认为Ca2+也是一种第二信使。

近年来，发现有些激素(如胰岛素)与细胞膜受体结合后并不仅仅停留在表面，形成的胰岛素-受体复合物可通过胞吞方式进入细胞内部，继而这些复合物再与溶酶体融合或与其他细胞器膜相结合而产生生物效应[3]。

2.2 细胞内受体 细胞内受体主要包括胞浆受体(位于细胞质基质中)和胞核受体(位于细胞核内)两种。胞浆受体位于靶细胞浆内，例如性激素受体、肾上腺皮质激素受体等；胞核受体位于靶细胞核内，例如甲状腺素、雌激素受体、雄激素受体等。

细胞内受体多为反式作用因子，当与相应信息分子结合后，能与DNA的顺式作用元件结合,调节基因转录。能与此型受体结合的信息物质有类固醇激素、甲状腺素和维甲酸等。

2.3 突触前膜受体 突触前膜释放神经递质作用于突触后膜的受体蛋白引起靶细胞兴奋或抑制。研究发现突触前膜也存在受体，即突触前受体，其激活有助于控制神经信号传播的强度。突触前受体可分为：①突触前自身受体，是指位于轴索末梢、被该神经末梢释放的递质所作用、对该神经末梢递质释放起调节作用的受体，可导致递质释放的增减；②突触前旁调受体，其一方面受附近其他神经或组织释放递质或活性物质所作用；另一方面也调节神经递质的释放，并对邻近神经末梢释放的递质、局部产生的其他物质或血源性物质敏感，可以抑制或激活神经递质的释放。由于突触前受体在调节神经递质释放过程中具有重要作用，通过研制合适的突触前受体的激动剂或拮抗剂，适度调节神经末梢递质的释放，可以达到控制或治疗多种疾病的目的[3]。

3 细胞间信息交流中传递信息的分子

细胞间以间接的方式进行信息交流时，信息分子在传递信息过程中起到信号分子的作用。 根据信号分子的溶解性可分为亲水性和亲脂性两类。亲水性信号分子的主要代表是神经递质、含氮类激素(除甲状腺激素)、局部介质等，它们不能穿过靶细胞膜，只能通过与细胞表面受体结合，再经信号转换机制，实现跨膜传递信息，以启动一系列反应而产生特定的生物学效应。亲脂性信号分子要穿过细胞质膜作用于细胞质或细胞核中的受体，与胞内受体结合形成激素-受体复合物，成为转录促进因子，作用于特异的基因调控序列，启动基因的转录和表达，主要代表是类固醇类激素、甲状腺激素等。

此外，已发现和证实一氧化氮(NO)在生物体内是一种重要的信号分子和效应分子， NO是迄今在体内发现的第一个气体性信号分子，它能进入细胞直接激活效应酶，参与体内众多的生理病理过程。研究表明，ATP也可以作为神经细胞间信息传递的信号分子。有些抗体分子可以与吞噬细胞表面受体结合，以增强吞噬细胞的吞噬功能，这与激素的特点类似，可以说是信号分子[3]。