细胞生物学/细胞微环境与细胞间的相互作用
细胞微环境及其与细胞的相互作用 -
细胞微环境的组成 -
细胞外基质的主要组成成分 -
细胞微环境与细胞间的相互作用 -
细胞微环境异常与疾病
机体的组织是由细胞与细胞微环境成分相互作用共同组成的，两者之间有着十分密切的关系，两者相互依存，相互影响，共同决定着组织的结构与功能。细胞微环境与细胞间的相互作用主要是细胞外基质与细胞间的相互作用、细胞与细胞间的相互作用。
细胞外基质与细胞间的相互作用
[编辑]一方面细胞通过控制基质成分的合成和降解决定细胞外基质的组成，另一方面细胞外基质对细胞的各种生命活动有着重要的影响。
细胞外基质对细胞生物学行为的影响
[编辑]细胞外基质除了与细胞一起构建组织，具有支持、连接细胞和保护作用外，还对细胞的结构与功能有着重要的影响。只有在细胞外基质存在的条件下，组织中的细胞才能维持正常形态和行使各种生物学功能。
1、细胞外基质影响细胞的形态结构 细胞的形态往往与其特定的生存环境密切相关。同一种细胞在不同环境中具有不同的形态。体外实验表明，几乎所有组织的细胞在脱离了组织，处于单个游离悬浮状态时均会呈圆球状。同一种细胞在不同的细胞外基质上黏附和铺展时，可表现出不同的形态。如上皮细胞只有黏附在基膜上才能显示其极性，并通过细胞连接成为柱状上皮；成纤维细胞在天然的细胞外基质中呈扁平多突状，而在Ⅰ型胶原凝胶中则呈梭形。
细胞外基质对细胞形态的决定作用主要是通过与细胞表面受体的结合，影响细胞骨架成分呈不同方式的组装和排列来实现的。
2、细胞外基质影响细胞的生存与死亡 人体内大多数类型的细胞需要黏附在一定的细胞外基质上才能存活，细胞外基质对细胞的生存与死亡起着非常重要的作用。例如，上皮细胞和内皮细胞一旦脱离了细胞外基质就会发生凋亡。这种细胞失去基质缺少黏附就会走向凋亡的现象称为失巢凋亡(anoikis)。这主要是由于细胞脱离细胞外基质后，细胞骨架松散而致线粒体释放细胞色素c，从而活化caspase凋亡途径而导致细胞凋亡。当细胞通过整联蛋白黏附于细胞外基质上，可启动细胞存活相关的信号转导途径，维持细胞的存活。
3、细胞外基质调节细胞的增殖 体外培养细胞实验证实，大多数细胞只有在一定的细胞外基质上黏附并铺展，才能使细胞增殖周期运行，这种现象称为贴壁依赖性生长(anchorage dependent growth)。细胞的这种特性是由于细胞黏附在基质上时，可通过整联蛋白介导传递多种生存和增殖信号到细胞内，最终影响细胞增殖相关基因的表达。整联蛋白调节细胞增殖主要通过MAPK途径来实现。MAPK信号通路是真核细胞调节细胞增殖和凋亡的关键通路。肿瘤细胞的增殖丧失了贴壁依赖性，可以在悬浮状态下增殖。
4、细胞外基质参与细胞的分化调控 细胞外基质其多种组分可通过与细胞表面受体特异性结合，从而触发细胞内信号传递的某些连锁反应，影响核基因的表达，调控细胞的分化。实验表明，特定的细胞外基质可使某些类型的细胞撤离细胞周期而进入细胞分化状态，如内皮细胞在胶原基质上培养时进行增殖，而在层粘连蛋白基质上则停止增殖进行分化，形成毛细血管样结构；乳腺上皮细胞在Matrigel上培养时，不但具有腺管样形态，而且分泌酪蛋白等乳汁成分。酪蛋白基因的表达，是由于层粘连蛋白与细胞表面的α3β1整联蛋白作用后，活化了一定的信号转导系统而启动的。
5、细胞外基质影响细胞的迁移 无论在个体发育过程还是在成体组织再生以及创伤修复过程中都伴随着十分活跃的细胞迁移运动。在细胞迁移过程中，细胞发生黏附与去黏附、细胞骨架组装与去组装等，都离不开细胞外基质的影响。细胞通过基膜迁移时，需要基质成分的局部降解，胶原酶等基质金属蛋白酶在这一过程中通过分解局部的基质成分，开辟道路促进细胞的迁移。蛋白酶抑制剂可阻止细胞的迁移。这种情况可发生在白细胞穿过血管基膜迁移至炎症或创伤部位，也可发生在肿瘤细胞浸润和转移过程。
细胞对细胞外基质的影响
[编辑]- 细胞外基质是由其所在组织细胞分泌的 各种组织的细胞外基质的成分、含量和存在形式不同，都是由该组织的细胞（包括实质细胞和间质细胞）合成和分泌的。同一个体的不同组织，在不同的发育阶段，所产生的细胞外基质也有所不同。例如，胚胎结缔组织的细胞外基质主要产生Ⅲ型胶原、透明质酸和弹性蛋白；而成年结缔组织中成纤维细胞产生的细胞外基质以Ⅰ型胶原、纤连蛋白等为主要成分。细胞外基质的成分随组织的类型和功能状态的不同也有差异，如软骨组织中由成软骨细胞分泌的细胞外基质主要有Ⅱ型胶原和蛋白聚糖等。
- 细胞外基质成分的降解是在细胞的控制下进行的 细胞外基质成分的降解也是由细胞分泌的蛋白水解酶催化的。细胞外基质成分在细胞分泌的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP, 迄今已鉴定了20多种MMP)和丝氨酸蛋白酶家族联合作用下被降解。基质金属蛋白酶家族是一类Zn2+和Ca2+依赖的蛋白酶，有多种类型，如胶原酶、明胶酶、基质溶解素、弹性蛋白酶等。其中胶原酶具有高度特异性，可以切割蛋白质上某些特异性位点，这种局部降解方式既可以保持基质结构的完整性，又可为细胞迁移开辟道路。细胞还可分泌基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶的抑制剂控制蛋白酶的作用程度和范围。细胞对细胞外基质成分降解的控制和调节对创伤修复、组织重构以及细胞的迁移都有重要作用。
细胞与细胞间的相互作用
[编辑]在细胞微环境中，除细胞与胞外基质之间的相互作用外，细胞与细胞之间相互作用(cell-cell inaction)对多细胞生物个体的发育和分化，以及维持细胞的正常生命活动起到至关重要的作用。前者如细胞分化过程中的胚胎诱导和干细胞的稳态维持，后者如脑组织中的神经元活动。局部微环境中细胞间相互作用的机制主要是：①相邻细胞分泌的旁分泌因子(paracrine factor)对细胞的作用。②细胞膜并置在一起的近分泌相互作用(juxtracrine interaction)。③相邻细胞分泌的外泌体对细胞的调控。有时，细胞还接受来自远距离的经血液运输的激素调控。