淺析細(xì)胞間的信息交流

查林森

摘 要：講述了化學(xué)通訊、細(xì)胞間接觸依賴的通訊和細(xì)胞間的間隙連接這三種細(xì)胞間信息交流的類型，并分別通過舉例進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞：信息交流；內(nèi)分泌；化學(xué)突觸；胞間連絲

人教版必修1《分子與細(xì)胞》教材第42頁“細(xì)胞膜——系統(tǒng)的邊界”一節(jié)中關(guān)于細(xì)胞間的信息交流，舉了這樣三個(gè)例子（見圖1）。

對于圖1-a的含義，很多教師都非常熟悉，因?yàn)樗硎镜木褪侨伺c高等動物體內(nèi)激素調(diào)節(jié)的示意圖，但是對于圖1-b、圖1-c的引入，很多教師不是很理解，甚至認(rèn)為將這兩幅圖替換成興奮在突觸間的傳遞示意圖更能體現(xiàn)重點(diǎn)知識的前后聯(lián)系。而筆者認(rèn)為，這三幅圖則恰好體現(xiàn)了細(xì)胞間信息交流的三種方式。

細(xì)胞間的信息交流（即細(xì)胞通訊）是指一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。細(xì)胞通訊的方式主要有以下三種類型。

一、化學(xué)通訊

化學(xué)通訊是指細(xì)胞通過分泌化學(xué)信號進(jìn)行細(xì)胞間相互通訊，這是多細(xì)胞生物體采用的最普遍的通訊方式。細(xì)胞分泌化學(xué)信號的作用方式可以分為內(nèi)分泌、旁分泌、自分泌及通過化學(xué)突觸傳遞神經(jīng)信號等四種類型（見圖2）。

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圖1 細(xì)胞間信息交流的方式舉例

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1.內(nèi)分泌

由內(nèi)分泌細(xì)胞分泌信號分子（如激素）到血液中，通過血液循環(huán)運(yùn)送到體內(nèi)各個(gè)部位，作用于靶細(xì)胞，與靶細(xì)胞細(xì)胞膜表面的受體結(jié)合，將信息傳遞給靶細(xì)胞（見圖1-a，圖2-a）。例如，胰腺組織中胰島A細(xì)胞分泌的胰高血糖素通過血液的傳送作用于肝細(xì)胞后，促進(jìn)肝糖原的分解，從而升高血糖濃度；再如下丘腦的某些神經(jīng)細(xì)胞分泌的促甲狀腺激素釋放激素通過血液的傳送作用于垂體細(xì)胞后引起垂體細(xì)胞分泌促甲狀腺激素，促甲狀腺激素再刺激甲狀腺分泌甲狀腺激素等。

2.旁分泌

體內(nèi)某些細(xì)胞能分泌一種或數(shù)種化學(xué)介質(zhì)，如生長因子、一氧化氮等，此類信息物質(zhì)不進(jìn)入血液循環(huán)，而是通過擴(kuò)散作用影響其鄰近細(xì)胞的現(xiàn)象。與旁分泌有關(guān)的細(xì)胞稱為旁分泌細(xì)胞，如散布于胃腸粘膜上皮的內(nèi)分泌細(xì)胞、胰島D細(xì)胞、分泌前列腺素的細(xì)胞等。旁分泌細(xì)胞分泌的激素經(jīng)組織液彌散至鄰近的靶細(xì)胞，起局部調(diào)節(jié)作用，稱為局部激素或局部介質(zhì)（見圖2-b）。

3.自分泌

細(xì)胞所分泌的活性因子與該細(xì)胞表達(dá)的相應(yīng)受體結(jié)合，從而調(diào)節(jié)自身功能的現(xiàn)象。自分泌信號常見于病理?xiàng)l件下，如腫瘤細(xì)胞合成和釋放生長因子刺激自身，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的增殖失控（見圖2-c）。

4.通過化學(xué)突觸傳遞神經(jīng)信號

當(dāng)神經(jīng)元細(xì)胞在接受環(huán)境或其他神經(jīng)細(xì)胞的刺激后，神經(jīng)信號通過動作電位的形式沿軸突以高達(dá)100 m/s的速度傳至末梢，刺激突觸前膜釋放化學(xué)信號（如神經(jīng)遞質(zhì)），快速擴(kuò)散作用于相距50 nm的突觸后膜，引起下一個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞產(chǎn)生興奮或抑制（見圖2-d）。

此外，某些昆蟲通過分泌外激素傳遞信息也屬于通過化學(xué)信號進(jìn)行細(xì)胞間通訊，作用于同種生物的其他個(gè)體。

二、細(xì)胞間接觸性依賴的通訊

細(xì)胞間接觸性依賴的通訊通過與細(xì)胞膜結(jié)合的信號分子與其相接觸的靶細(xì)胞膜上的受體分子相結(jié)合，影響其他細(xì)胞，因此它與化學(xué)通訊方式的最主要區(qū)別在于其信號分子是與細(xì)胞膜相結(jié)合的（見圖1-b）。這種通訊方式在胚胎發(fā)育過程中對組織內(nèi)相鄰細(xì)胞的分化具有重要作用。在胚胎發(fā)育過程中，神經(jīng)系統(tǒng)來源于胚胎上皮細(xì)胞層。將發(fā)育成神經(jīng)系統(tǒng)的上皮細(xì)胞層，最初相鄰細(xì)胞之間是彼此相同的，在發(fā)育過程中，單個(gè)細(xì)胞通過獨(dú)立分化成為神經(jīng)元，而與其相鄰的細(xì)胞則受到抑制保持未分化狀態(tài)。這是因?yàn)閷⒎只纬缮窠?jīng)元的細(xì)胞通過膜結(jié)合的抑制信號分子與其相接觸的相鄰細(xì)胞的膜受體結(jié)合，能阻止它們也分化成神經(jīng)元細(xì)胞。

又如，哺乳動物受精的過程中，在精子的細(xì)胞膜中含有某種蛋白質(zhì)（信號分子），它能直接與卵子透明帶中的一種特異性糖蛋白（受體分子）結(jié)合，從而刺激精子產(chǎn)生頂體反應(yīng)，啟動受精的過程。

三、細(xì)胞間的間隙連接

細(xì)胞間形成間隙連接使細(xì)胞質(zhì)相互溝通，通過交換小分子來實(shí)現(xiàn)信息交流。例如，高等植物細(xì)胞之間通過胞間連絲相互連接，完成細(xì)胞間的信息交流。

胞間連絲是貫穿細(xì)胞壁溝通相鄰細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)連線，它由相互連接的相鄰細(xì)胞的細(xì)胞膜共同組成的直徑為20～40 nm的管狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，中央是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)延伸形成的連絲微管（見圖1-c，圖3）。

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胞間連絲形成了物質(zhì)從一個(gè)細(xì)胞進(jìn)入到另一個(gè)細(xì)胞的通路，所以在植物細(xì)胞的通訊中起非常重要的作用。例如，在分泌旺盛的細(xì)胞中，胞間連絲的數(shù)目達(dá)15個(gè)/μm2，而一般細(xì)胞中約為1個(gè)/μm2。

由此可見，教材若選擇激素調(diào)節(jié)與神經(jīng)調(diào)節(jié)作為細(xì)胞間信息交流的示例雖然能體現(xiàn)重點(diǎn)知識的前后聯(lián)系，但由于它們所表示的都是細(xì)胞間信息交流的同一種類型，所以也就失去了生物教材所具有的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性。

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[2]王慧，朱士軍.細(xì)胞表面的信息天線：糖蛋白[J].中學(xué)生物學(xué)，2011，27（3）：3-4.

（作者單位 江蘇省新沂市王樓中學(xué)）