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生物体研究的新方向 细胞外基质和细胞粘附因子 |
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史小林
多年来细胞一直是生物界的研究重点。而近年来研究者们开始关注将细胞连在一起的细胞外基质(extracellular matrix, ECM)［1～5］，并提出单细胞动物的进化论虽未统一，但进化中ECM是必不可少的论点却是一致的。在个体形成中，ECM供给生物体维持生命现象的营养［6］。ECM比较明确的生理作用是在细胞的增殖、移动、分化；细胞免疫、神经纤维生长、胚泡着床等方面起重要作用［7］。90年代我国也开始关注ECM在细胞生命活动中的作用［8～10］。研究得比较多的ECM有层粘连蛋白(laminin, LN)；纤维粘连蛋白(fibronectin, FN)；胶原蛋白(collagen, CL);纤维蛋白原(fibrinogen, FB)和玻璃粘蛋白(vitronectin, VN)等。因此特将ECM和分布在ECM的细胞粘附因子总结如下：
1. 细胞外基质(ECM)
1.1 CL：是ECM的主要成分。多由成纤维细胞产生，个别血管的内皮和平滑肌细胞也可产生CL。胶原分子形态及结构特点由三维螺旋区的特点决定，其为3条独立的α链构成。α链是特定的氨基酸序列构成的左旋结构，3条α链相互环绕形成紧密的三维螺旋分子结构。氢键对螺旋结构有加强作用，变性时氢键打开使分子松散，链中氨基酸间的肽链位于结构内部，所以胶原不易被一般的酶，如胃蛋白酶水解，仅对胶原酶敏感。根据纤维形态可有14类型的胶原。胶原可直接或间接参与细胞的附着和分化［5］。
1.2 LN：主要分布在基膜中［11］。分子量约800～1 000kD的蛋白质。由A链(440kD)和B1链(230kD)与B2链(220kD)共同构成十字架形的结构。在各链的C末端区上都与IV型CL结合构成基膜ECM［12］。分布于正常组织，也在肿瘤组织中大量存在［1～3］。蛋白水解酶处理可将LN分成许多片段。LN与细胞增殖、移植、分化及神经纤维的生长有关［13］。LN与LNR结合可使癌细胞增殖，促进IV型CL释放分解，因此认为LN与癌的转移有密切关系［14］。研究者曾在LN的粘附核心上加入肽，成功地抑制了肺癌转移［15］。
1.3 FN：主要分布在疏松结缔组织，除成纤维细胞可生成外，上皮细胞，血管内皮细胞，软骨细胞和巨噬细胞也可生成。FN是由结构非常相似的A链和B链构成的分子量约220kD的多机能蛋白。分血浆和细胞性FN两种。细胞性FN与受精卵发育，着床有关［4］。在胚胎初期组织器官形成之际，沿着细胞迁移的路线可见FN的分布。在炎性组织，即需要细胞增殖，组织再生时，FN可暂时性增加，作用是引导成纤维细胞、上皮细胞向损伤部位迁移［16～19］。肉芽组织的细胞与胶原蛋白结合的时候，需FN的参加［20］。
以往认为ECM构成的纤维成分仅是构成细胞支架，近年发现，这些纤维状结构中有大量具有粘附作用的蛋白质。于是产生了“细胞粘附因子(cell adhesion factor,CAF)”的新概念［21］。
2. 细胞粘附因子(CAF)
细胞间相互的接触对于个体发生和分化是必不可少的。由于接触使多细胞体间的联络变得可能，而细胞间相互接触的中介分子就是CAF。
2.1 CAF群的发展：著名的教科书“Molecular Biology of the Cell”中粘附糖蛋白(adhesive glycoprotein)曾指的是FN和CL。随着研究领域进入到分子生物学的水平，CAF被明确地认为是一群分子家族，因为被归于CAF范畴的分子，在体外培养中均显示了细胞的粘附活性。
2.2 CAF的研究方向
2.2.1 细胞间的连接：同种细胞间以同种CAF连接的方式称同种连接(homophilic interaction)，而以异种CAF连接的方式称异种连接(heterophilic interaction)(图1)。作为同种连接的分子是众所周知的神经细胞粘附分子(nerve cell adhesive molceule, NCAM)和钙依赖性粘附素(adhenin)，其他的连接方式多是异种连接。
图1 细胞间连接
Fig.1 Extracellular interaction
2.2.2 CAF的作用：CAF多指细胞膜上的跨膜蛋白，如thy-1和LFA-3。近年认为，CAF并不是起单纯结构性的连接作用，而是通过细胞间的机械性连接来识别外界，或是将外界的信息传达到细胞[1] [2] 下一页
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