细胞生物学/细胞内膜系统与医学的关系

维基教科书,自由的教学读本
跳到导航 跳到搜索

细胞的内膜系统与囊泡转运 - 内质网 - 高尔基复合体 - 溶酶体 - 过氧化物酶体 - 囊泡与囊泡转运 - 细胞内膜系统与医学的关系
早在1858年,当时的病理学家R. Virchow就提出了病理过程是进行于细胞和组织之中的著名论断。作为生命的基本单位,细胞生命活动现象,是其内部各种功能结构生理状况的综合体现。反之,细胞内部各种功能结构的生理状态,也必然会影响到细胞的总体生命活动;它们的任何异常,都会直接引起细胞生命活动的紊乱或导致细胞的病理改变。内膜系统是真核细胞内最为重要的功能结构体系之一,因此,也就毫不例外地和细胞的一系列病理过程以及多种人类疾病密切相关。内膜系统,不仅是细胞生物学自身研究的主要课题,而且也是现代医学科学研究的重大问题之一。

内质网的病理变化[编辑]

内质网是极为敏感的细胞器,许多不良因素都可能会引起内质网形态、结构的改变,并导致其功能的异常。

内质网最常见的病理改变是肿胀、肥大或囊池塌陷[编辑]

内质网的肿胀主要是由于钠离子和水分的渗入、内流所造成的一种水解变性。在低氧、辐射、阻塞等情况下,也会引起肿胀的发生。极度的肿胀,最终会导致内质网的破裂。
由低氧、病毒性肝炎引起的糙面内质网的肿胀,还常常伴随着附着核糖体颗粒的脱落和萎缩。
膜的过氧化损伤所致的合成障碍造成的内质网改变往往表现为内质网囊池的塌陷;而肝细胞在1型糖原累积病及恶性营养不良综合征时,则表现为内质网膜断离伴随核糖体脱落的典型形态改变。

内质网囊腔中包涵物的形成和出现是某些疾病或病理过程的表现特征[编辑]

在药物中毒、肿瘤所致的代谢障碍情况下,可观察到一些有形或无形的包涵物在内质网中的形成出现;而在某些遗传性疾病患者,由于内质网合成蛋白质的分子结构异常,则有蛋白质、糖原和脂类物质在内质网中的累积。

内质网在不同肿瘤细胞中呈现多样性的改变[编辑]

内质网是细胞生理功能特性的敏感指标。在具有不同生物学特性的癌变细胞中,内质网的形态结构与功能也呈现出多样性的改变。通常,在低分化癌变细胞中,内质网比较稀少;在高分化癌变细胞中,其比较丰富发达的内质网遍布细胞质中。低侵袭力癌细胞中内质网较少,葡萄糖-6-磷酸酶活性呈下降趋势,但是分泌蛋白、尿激酶合成相对明显增多;高侵袭癌细胞中,内质网相对发达,分泌蛋白、驻留蛋白、β-葡萄糖醛酸苷酶等的合成均比低侵袭癌细胞显著增高。
有人认为,孔环片层也是肿瘤细胞中常见的内质网改变,但是关于孔环片层的来源却还存在不同的看法。有学者认为,孔环片层是内质网的异型结构形态;另有学者认为,孔环片层是核膜的特化结构。

高尔基复合体的病理形态变化[编辑]

功能亢进导致高尔基复合体的代偿性肥大[编辑]

当细胞分泌功能亢进时,往往伴随高尔基复合体结构的肥大。有人在大鼠肾上腺皮质的再生实验中注意到:再生过程中,腺垂体细胞分泌促肾上腺皮质激素的高尔基复合体处于旺盛分泌状态时,其整个结构显著增大;再生结束后,随着促肾上腺皮质激素分泌的减少,其高尔基复合体结构又恢复到常态。

毒性物质作用导致高尔基复合体的萎缩与损坏[编辑]

脂肪肝的形成,是由于乙醇等毒性物质的作用,造成肝细胞中高尔基复合体脂蛋白正常合成分泌功能的丧失所致。在这种病理状态下,可观察到:肝细胞高尔基复合体中脂蛋白颗粒明显减少甚至消失;高尔基复合体自身形态萎缩,结构受到破坏。

肿瘤细胞分化状态影响高尔基复合体形态[编辑]

正常情况下,在分化成熟、分泌活动旺盛的细胞中高尔基复合体较为发达,而在尚未分化成熟或处于生长发育阶段的细胞中,高尔基复合体则相对较少。通过对各种不同肿瘤细胞的大量观察研究结果表明,高尔基复合体在肿瘤细胞中的数量分布、形态结构以及发达程度,也因肿瘤细胞的分化状态不同而呈现显著差异。例如,在低分化的大肠癌细胞中,高尔基复合体仅为聚集、分布在细胞核周围的一些分泌小泡;而在高分化的大肠癌细胞中,高尔基复合体则特别发达,具有典型的高尔基复合体形态结构。

溶酶体与疾病[编辑]

溶酶体在细胞生命活动中具有多方面的重要生物学功能。通常把由于溶酶体的结构或功能异常所引起的疾病统称为溶酶体病。近些年来,人们对于溶酶体与人类某些疾病的关系,进行了颇为广泛深入的探讨和研究,也取得了一定的成果。

溶酶体酶缺乏或缺陷疾病多为—些先天性疾病[编辑]

目前已经发现有40余种先天性溶酶体病系由溶酶体中某些酶的缺乏或缺陷所引起。现举两例简单介绍如下:

  1. 泰-萨克斯病 泰-萨克斯病(Tay-Sachs disease)旧称家族性黑矇性痴呆。由于患者缺乏氨基已糖酶A, 阻断了GM2神经节苷脂的代谢,导致了GM2的代谢障碍,使得在脑及神经系统和心脏、肝脏等组织的大量累积所致。
  2. Ⅱ型糖原累积病 Ⅱ型糖原累积病(type Ⅱ glycogenosis, Pompe disease)是由于缺乏α-糖苷酶,以致糖原代谢受阻而沉积于全身多种组织。其主要受累器官组织有:脑、肝、肾、肾上腺、骨骼肌和心肌等。

此外,某些药物也会引起获得性溶酶体酶缺乏相关疾病。比如,磺胺类药物会造成巨噬细胞内pH的升高,使得酸化降低,导致所吞噬的细菌不能被有效地杀灭而引发炎症。还有,像抗疟疾、抗组胺及抗抑郁之类的药物,会因其在溶酶体中的蓄积, 或引起某些细胞代谢中间产物在溶酶体中的蓄积,从而直接或间接地导致溶酶体病的发生。获得性溶酶体酶缺乏疾病是比较少见的。

溶酶体酶的释放或外泄造成的细胞或组织损伤性疾病[编辑]

由于受到某些理化或生物因素的影响,使得溶酶体膜的稳定性发生改变,导致酶的释放,结果造成细胞、组织的损伤或疾病。

  1. 硅沉着病 硅沉着病是一种与溶酶体膜受损导致溶酶体酶释放有关的常见职业病。其发病机制是:吸入肺中的砂尘颗粒,被肺组织中的巨噬细胞吞噬,形成吞噬体;进而与内体性溶酶体(或初级溶酶体)融合为吞噬性溶酶体。带有负电荷的砂尘颗粒在溶酶体内形成砂酸分子,以非共价键与溶酶体膜受体或膜上的阳离子结合,影响到膜的稳定性,使得溶酶体酶和砂酸分子外泄,造成巨噬细胞的自溶。一方面,外泄的溶酶体酶消化和溶解周围的组织细胞;另一方面,释放出的不能被消化分解的砂尘颗粒又被巨噬细胞所吞噬,重复上述过程。结果诱导成纤维细胞增生,并分泌大量胶原物质,造成肺组织纤维化,降低肺的弹性,引起肺功能障碍甚至丧失。
  2. 痛风 痛风是以高尿酸血症为主要临床生化指征的嘌呤代谢紊乱性疾病。当尿酸盐的生成与排除之间平衡失调、血尿酸盐升高时,尿酸盐会以结晶形式沉积于关节、关节周围及多种组织,并被白细胞所吞噬。被吞噬的尿酸盐结晶与溶酶体膜之间形成的氢键结合,改变了溶酶体膜的稳定性;溶酶体中水解酶和组胺等可致炎物质释放,在引起白细胞自溶坏死的同时,引发所在沉积组织的急性炎症。被释放的尿酸盐又继续在组织沉积。当沉积发生在关节、关节周围、滑囊、腱鞘等组织时,会形成异物性肉芽肿;而在肾脏,则可能导致尿酸性肾结石或慢性间质性肾炎。

此外,溶酶体酶的释放,与类风湿性关节炎疾病发生、休克发生后的细胞与机体的不可逆损伤等都有着密切的关系。

过氧化物酶体与疾病[编辑]

原发性过氧化物酶体缺陷所致的遗传性疾病[编辑]

与原发性过氧化物酶体缺陷相关的大多是一些遗传性疾病。例如:

  1. 遗传性无过氧化氢酶血症 该类患者细胞内过氧化氢酶缺乏,抗感染能力下降,易发口腔炎等疾病。
  2. Zellweger脑肝肾综合征 这是一种常染色体隐性遗传病。患者肝、肾细胞中过氧化物酶体及过氧化氢酶缺乏,琥珀酸脱氢酶-黄素蛋白与CoQ之间的电子传递障碍;临床表现为严重肝功能障碍、重度骨骼肌张力减退、脑发育迟缓及癫痫等综合症状。

疾病过程中的过氧化物酶体的病理改变[编辑]

过氧化物酶体的病理性改变可表现为数械、体积、形态等多种异常。比如,在患有甲状腺功能亢进、慢性酒精中毒或慢性低氧症等疾病时,可见患者肝细胞中过氧化物酶体数量增多;而在甲状腺功能低下、肝脂肪变性或高脂血症等情况下,则过氧化物酶体数量减少、老化或发育不全。这也提示:甲状腺激素与过氧化物酶体的产生、形成和发育具有一定的关系。
过氧化物酶体数目、大小以及酶含批的超常变化亦常见于病毒、细菌及寄生虫感染、炎症或内毒素血症等病理清况以及肿瘤细胞中。
基质溶解是过氧化物酶体最为常见的异常形态学变化。其主要形式是:在过氧化物酶体内形成、出现片状、小管状结晶包涵物。此种改变往往发生于缺血性组织损伤。

囊泡转运与疾病[编辑]

囊泡转运在细胞乃至整个机体进行正常的生命活动中起着至关重要的作用。一旦囊泡转运障碍,将会导致多种细胞器缺陷和细胞功能紊乱。囊泡转运与许多重大疾病(如神经退行性疾病、糖尿病等代谢性疾病、免疫缺陷、肿瘤等)的发生发展密切相关。
有研究结果显示:在阿尔茨海默病(Alzheimer disease, AD)患者的大脑神经细胞中,内体运输途径受到阻碍。有研究表明,BIN1是继ApoE后第二个发现的与患AD有关的易感基因,BIN1可以负性调控内吞途径。BIN1的缺失可通过增加微管蛋白tau聚集蛋白的内化和向内体的运输而诱导产生更多的神经纤维缠结。囊泡转运失调还可损害神经细胞正常的生理功能,如神经元突触泡的运输和神经递质的释放。
癌细胞中囊泡运输系统的失调与癌症的发生发展息息相关。Rab GTP酶及其效应蛋白是囊泡转运的调控者。越来越多的研究表明,Rab蛋白作为Ras家族的一员与肿瘤的发生发展密切相关。Rab蛋白在肺癌、乳腺癌、肝癌及食管癌等肿瘤组织中表达明显升高,且多数Rab蛋白促进了肿瘤的发生发展。有研究显示,在一些肿瘤细胞可通过高表达Rab促进各种金属蛋白酶的分泌,加快细胞外基质的降解从而促进癌细胞转移。例如,乳腺癌细胞中Rab7和Rab8有助于MTl-MMP的分泌。