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细胞生物学/细胞微环境的组成

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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
在哺乳动物和人体组织中,任何一个细胞都不是孤立存在的,细胞与细胞微环境相互作用并发挥功能。细胞微环境主要由不同类型的细胞成分、细胞外基质、细胞外调节分子和液体物质组成。细胞微环境中的各种成分不仅对细胞起支持、保护、连结和营养作用,而且与细胞的增殖、分化、黏着与迁移、代谢等基本生命活动密切相关。细胞与这些相邻结构和成分之间的信息沟通失衡,在疾病发生过程中起重要作用。

微环境的细胞成分[编辑]

细胞生存的微环境中的细胞成分在不同类型的细胞中有所不同。在干细胞微环境中主要是干细胞龛(stem cell niche)(支持细胞,support cells)。有些组织中的未分化前体细胞(如干细胞),其相邻的微小血管也是细胞微环境的主要组分之一。在肿瘤细胞微环境中存在大量的间质细胞(mesenchymal cell),包括炎性细胞、内皮细胞、脂肪细胞、肿瘤相关成纤维细胞等。间质细胞与肿瘤细胞相互作用,在促进肿瘤细胞生长、转移的同时,也为肿瘤细胞逃避机体免疫系统的攻击提供了必要的条件。部分间质细胞的功能出现异常后可以促进肿瘤的转移和定植,部分可起到抗原呈递作用,该过程需要间质细胞分泌的多种细胞因子参与。

细胞外基质[编辑]

细胞外基质(extracellular matrix, ECM)是细胞微环境的核心组分,也是目前研究较清楚的细胞微环境成分。细胞外基质由细胞合成并分泌到细胞外空间,是一个由许多大分子,主要是一些蛋白和多糖或蛋白聚糖构成的精密有序的三维网状结构。ECM的存在形式有二类:一是存在于细胞之间称之为间质性基质;二是存在于内皮细胞和上皮细胞的基底部,称基膜或基底膜。
ECM位于细胞周围,是细胞赖以生存的微环境。细胞通过细胞外基质行使多种功能,两者之间相互依存,使细胞与细胞、细胞与基膜之间紧密联系,构成了各种组织与器官,使之成为一个完整有机整体。研究证实,细胞外基质不仅对组织细胞起支持、保护、营养作用,而且还与细胞的增殖、分化、代谢、识别、黏着、迁移等基本生命活动密切相关。首先,ECM 中的生物大分子所构成的三维网状结构,为细胞和组织提供结构支持。其次,ECM 还可以通过黏附受体进行信号传导,并可以结合、储存、释放生长因子和其他生物活性分子。例如,在血管组织,ECM不仅仅作为结构物质支持血管的形成,也是血管生成促进因子和抑制因子的储存场所。ECM中的生物活性分子在蛋白酶的作用下激活或释放,作用于内皮细胞或微环境中的其他细胞。
细胞外基质的结构和功能异常,与许多病理过程有关,如组织器官纤维化、肿瘤恶变浸润以及组织创伤修复等。

细胞外调节因子[编辑]

信号分子和细胞因子是细胞微环境中重要的细胞外调节分子。信号分子是指生物体内的某些化学分子与相应的细胞受体相结合,在细胞间和细胞内传递信息,如激素、神经递质、生长因子等。根据信号分子的溶解性可分为亲水性和亲脂性两类。细胞因子是一类特殊的信号分子,是由免疫细胞(如单核、巨噬细胞、T细胞、B 细胞、NK 细胞等)和某些非免疫细胞(内皮细胞、表皮细胞、成纤维细胞等)分泌的一类具有广泛生物学活性的小分子蛋白质,它们通过与相应的受体结合而发挥对细胞行为(如免疫反应、血管生成、损伤修复等)的调节作用。在肿瘤微环境中,细胞因子与其相应配体特异性结合后可导致肿瘤的发生、发展及转移。
细胞微环境中的因子,除了有生物化学的多样性和特异性之外,还具有生物物理学的多样性,包括分子结构的力学特性,微环境剪切流(shear flow)等。