影响细胞分化的因素

第四节　影响细胞分化的因素

影响细胞分化的因素，包括细胞内及细胞外的因素。因此，研究细胞内在及外在因素和基因之间的调节体系，也就成为探索细胞分化问题的重要途径。

一、细胞内因素

在细胞分化过程中，细胞核起着重要的作用。分化细胞之所以能合成特异的蛋白质，就是由于细胞核内的基因组有选择地表达，这是细胞分化的基础。实验表明，在完全没有核的情况下，卵裂不会发生，也看不到细胞明显分化，并且在早期死亡。

许多实验证明，在细胞分化过程中，细胞核的遗传潜力是受核所在的细胞质环境调节的(图10-3)。但是，什么样的细胞质分子对核基因起调控作用?机制如何?迄今尚未完全解决。

图10-3　细胞核的遗传潜力是受核所在细胞质环境的调节

二、细胞外因素

(一)环境因素

环境中各种因素对机体的发育有较大的影响，如温度、光线等。环境因素的影响可能造成第1次不等分裂，从而决定了细胞的分化。

(二)细胞间相互作用

多细胞生物的细胞分化是在细胞间彼此影响下进行的，因此，细胞间的相互作用对细胞分化有较大的影响。

1．诱导　细胞的诱导(induction)是指一部分细胞对邻近细胞的形态发生影响，并决定其分化方向的作用。诱导现象在动物的胚胎发育过程中是普遍存在的。

如将蝾螈胚体(供体)的胚孔背唇移植到另一个蝾螈原肠胚体(受体)的囊胚腔中，植入的移植物被原肠形成运动推挤到宿主的腹部外胚层下面，参加宿主的发育，结果受体胚胎最终发育成具有两个神经系统的双头畸胎(图10-4)，有的还能发育成两个完整个体的联体。此项发现提示蝾螈胚体的外胚层进行神经分化需要脊索中胚层的诱导。大量的实验证明，羽毛、鳞、腺体、肌、血液、肾等所有组织器官的分化都离不开诱导作用，脊椎动物的器官形成是一系列多级胚胎诱导的结果。

图10-4　移植蝾螈早期原肠胚背唇至受体腹部形成双头幼体

诱导作用不是由细胞本身引起的，而是由一些化合物引起的。经煮沸或用乙醇杀死的背唇，甚至其他无关的物质如豚鼠肝、蛇肾、HeLa细胞等都有神经诱导作用。现已知道，背唇能合成并释放某种蛋白质产生诱导。诱导物质包括大分子的蛋白质、核蛋白，也可以是苯丙氨酸、胞嘧啶核苷酸等小分子，但这些诱导物质究竟如何调节反应细胞的基因活动，仍不清楚。

2．抑制　细胞的抑制(inhibition)是在胚胎发育中，分化的细胞受到邻近细胞产生抑制物质的影响，其作用与诱导相对。例如，把发育中的蛙胚置于含有成体蛙心碎片的培养液中，胚胎就不能产生正常的心脏。同样，用成体蛙脑碎片培养蛙胚，也不能产生正常的脑。提示已分化的细胞(上述成蛙的心脏和脑)可以产生某种物质，抑制邻近的细胞往相同的方向分化，以使发育的器官间相互区别而避免重复发生。在成熟的机体内也有这种抑制现象。

胚胎发育过程不只是依赖某些细胞对其他细胞的诱导和抑制，还依赖两群细胞之间的相互作用。例如，只要胚胎发育中肢体内部的中胚层发生分化，在中胚层上方就必须有外胚层覆盖;另一方面，外胚层的继续发育则依赖其下方中胚层的持续作用。也就是说，两部分组织之间除了诱导和抑制作用中存在的物质单向刺激和抑制外，还发生适当的物质交换。

3．识别　细胞之间有相互辨别的能力，即相互识别。有人将蝾螈的原肠胚置于无Ca²⁺、Mg²⁺的溶液中，使胚胎的外、中、内3个胚层的细胞各自分开，然后再把它们混合在一起培养，结果各胚层的细胞均具有自我挑选、相互黏着的能力，依然形成外胚层在外、内胚层在内、中胚层位于两者之间的胚胎。这说明同类细胞具有相互识别的能力。

细胞黏着性的差异，可能是造成细胞相互识别的原因。相似的两种细胞依赖其表面存在的特殊物质，才能发生相互间的黏着。一旦黏在一起，它们细胞膜的各个部分就可以紧密结合成细胞间传递离子、电荷及一定大小的大分子通道。癌细胞缺少具有黏性的细胞表面物质，细胞之间不能黏着，也就不能相互识别。因此，失去控制分裂能力的癌细胞会不停地迁移和增生。

三、激素

随着多细胞生物发育的复杂化和体积的增大，细胞的相互作用就不仅限于近邻细胞之间，远距离细胞之间也有相互作用，这种远距离相互作用往往是通过激素实现的。激素携带着特定的生物信息到达靶细胞，对靶细胞的发育和分化有着十分重要的作用。

如两栖类动物幼体临近变态时，垂体分泌甲状腺素，促进甲状腺的生长和分化，甲状腺向血液中分泌甲状腺素，甲状腺素达到一定浓度即可变态，使蝌蚪尾退化，促进肢芽生长和分化。若割除甲状腺的蝌蚪就不能变态发育成为成体蛙。

在脊椎动物中存在两大类激素:脂溶性的小分子类固醇激素(如蜕皮素、性激素等)和蛋白质类的多肽激素(如胰岛素、干扰素和抑素等)。类固醇激素为脂溶性，分子小，可直接穿过靶细胞的细胞膜进入细胞质内，在那里与特异性的受体分子非共价结合。激素--受体复合体激活后进入细胞核内，在一定位点与染色质结合，从而激活特定的基因，即诱导特定的mRNA转录。蛋白质类的多肽激素为水溶性的，相对分子质量比类固醇激素大得多，不能通过靶细胞的质膜这道屏障。因此，多肽激素只是作为第一信使与靶细胞质膜的表面受体结合。通过信号传递产生第二信使(如cAMP、IP³等)，激活细胞质内的蛋白激酶系统。被激活的蛋白激酶进一步作用于核内遗传物质，引起对基因转录的调控作用。

除了以上两大类激素外，还有许多类似激素的蛋白质可以从某种细胞中释放出来，对周围或较远的细胞发挥作用。例如，表皮生长因子可以影响上皮发育;神经生长因子使神经细胞长出突起;肿瘤细胞中也有各种生长因子，可以抑制或刺激细胞的生长和增殖。