细胞运动的调节

第三节　细胞运动的调节

所有的细胞运动方式都不是随机进行的，而是受到精密的调控，在特定时间特定部位发生。如前所述，细胞骨架(微管和微丝)为细胞内物质流动和膜泡运输提供了轨道，微管及微丝的组装、动力蛋白的运动都具有方向性。另一方面，细胞受到各种信号的调节，决定其运动的方向。运动着的细胞一个显著特点就是具有极性，亦即有前后之分。当细胞的运动方向改变时，就在新的方向产生伪足。

一、G蛋白的作用

处于静息状态的成纤维细胞接受生长因子的刺激后，便开始生长分裂:首先(立即)聚合肌动蛋白细丝，引起细胞前端的膜产生变皱运动，随后通过形成张力丝紧密黏附于基底层。已经有证据表明，生长因子激活了G蛋白相关的信号传递途径，其中对两种Ras相关的G蛋白(Rac和Rho)的研究较多。目前的观点认为Rac能激活PIP²代谢途径，引起细胞移动的早期事件(肌动蛋白聚合、膜变皱等);而Rho激活酪氨酸激酶，引起细胞运动的后期事件(张力丝、黏着斑形成等)。Rac对Rho具有调节作用，机制不明。

二、细胞外分子的趋化作用

在某些情况下，细胞外的化学分子能指引细胞的运动方向。有时，细胞运动由基底层上不溶于水的分子指引;有时，细胞能感应外界的可溶性分子，并朝该分子泳动，即具有趋化性(chemotaxis)。许多分子都可以作为趋化因子，包括糖、肽、细胞代谢物、细胞壁和膜脂等。例如，网柄菌属(Dictyostelium)阿米巴趋向高浓度的cAMP运动;白细胞趋向由细菌分泌的三肽Met-Leu-Phe运动，进而吞噬细菌。所有趋化分子的作用机制相似，即趋化分子结合细胞表面受体，激活G蛋白介导的信号传递系统，然后通过激活或抑制肌动蛋白结合蛋白影响细胞骨架的结构。

三、Ca²⁺梯度

细胞前后趋化分子的浓度差很小，细胞如何感应这么小的浓度差呢?研究发现，在含有趋化分子梯度的溶液中，运动细胞的胞质中Ca²⁺的分布也具有梯度，即在细胞前部Ca²⁺浓度最低，在后部Ca²⁺浓度最高。当改变细胞外趋化分子的浓度梯度时，细胞内Ca²⁺的梯度分布也随之发生改变，在趋化分子浓度高的一侧Ca²⁺浓度最低。而后细胞改变运动方向，按照新的Ca²⁺浓度梯度运动。可见Ca²⁺梯度决定了细胞的趋化性。

许多肌动蛋白结合蛋白都受Ca²⁺浓度调节，如肌球蛋白Ⅰ和Ⅱ、凝溶胶蛋白(gelsolin)、毛缘蛋白(fimbrin)和α-辅肌动蛋白(α-actinin)等。因此，Ca²⁺可以调节细胞在运动中的凝--溶转换(gel-sol transition)，细胞前部的低Ca²⁺环境有利于形成肌动蛋白网络，后部高Ca²⁺则导致肌动蛋白网络解聚形成溶胶。

四、影响细胞骨架与运动的药物

一些特殊药物可改变肌动蛋白的聚合状态，影响细胞的生物特性。细胞松弛素(cytochalasins)是由真菌所分泌的代谢产物，它可阻止肌动蛋白分子聚合，使动物细胞的各种活动瘫痪，包括细胞移动、吞噬作用和胞质分裂等。细胞松弛素的主要作用是和肌动蛋白快速生长的正极处结合，制止肌动蛋白分子聚合成微丝。

另一种药物鬼笔环肽(phalloidin)，它是由毒蕈提取的剧毒生物碱，不同于细胞松弛素，它稳定微丝，抑制解聚。因为它不易通过细胞质膜，为了有效作用必须将它注射入细胞内，这样才能阻断变形虫和培养细胞的迁移运动。鬼笔环肽只与聚合的微丝结合，而不与肌动蛋白单体分子结合，破坏了微丝聚合及解聚的动态平衡。

纺锤体微管对有些药物很敏感，如秋水仙素。每分子秋水仙素能和一个微管蛋白分子结合，阻止了它的聚合能力，因此一个分裂细胞加入了秋水仙素就会引起有丝分裂纺锤体消失，在几分钟内就阻止细胞的分裂。当这些药物被去除后，纺锤体很快出现，有丝分裂重新形成。由于这些药物能破坏纺锤体的微管，那些快速分裂的细胞将很快被杀死，因此抗分裂药物如长春新碱、长春碱广泛地用于抗癌治疗。除了上述抑制微管聚合的药物外，还有一些药物如紫杉酚，能紧密与微管结合，起到稳定微管、抑制微管解聚的作用，这样可使分裂期的分裂细胞停止分裂。