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细胞迁移


录入时间:2012-9-14 8:22:38 来源:海博生物

细胞迁移(英文:cell migration,与cell locomotion同义,中文也有译作细胞移行、细胞移动或细胞运动)指的是细胞在接收到迁移信号或感受到某些物质的浓度梯度后而产生的移动。过程中细胞不断重复着向前方伸出突足,然后牵拉胞体的循环过程。细胞骨架和其结合蛋白是这一过程的物质基础,另外还有多种物质对之进行精密调节。
简介 

  若以移动方式与型态来比较,细胞迁移是通过胞体形变进行的定向移动,  细胞迁移这有别于其他﹔如细胞靠鞭毛与纤毛的运动、或是细胞随血流而发生的位置变化,而且就移动速度来看,相比起后两者,细胞迁移要慢得多。举例而言:成纤维细胞的移动速度为1微米/分,若以精子的平均游动速度56.44微米/秒,即3384微米/分来比较,两者约差距3000倍以上。角膜细胞(Keratocyte)即使比成纤维细胞快十倍,但是要完成从不来梅到汉堡这93公里的路程仍需要17123年。而且细胞用力甚轻。成纤维细胞胞体收缩的力只有2×10-7牛顿,而角膜细胞的则是2×10-8牛顿(一牛顿约为人用手举起一鸡蛋所用的力)。 
  但此细胞迁移“步缓力微”的运动特性,却是细胞觅食、损伤的痊愈、胚胎发生、免疫、感染和癌症转移等等生理现象所涉及到的。因此细胞迁移是目前细胞生物学研究的一个主要方向,科学家们试图通过对细胞迁移的研究,在阻止癌症转移、植皮等医学应用方面取得更大成果。也因为细胞迁移独有的运动特性,成为今生物学热门研究方向。 
  最新研究发现:Nudel蛋白在细胞迁移过程中通过Cdc42GAP调节Cdc42的活性,从而揭示了一条新的调节Cdc42的信号通路,对于深入了解细胞迁移的调节机制有重要意义。 
  移动过程中,细胞不断重复着向前方伸出突触,然后牵拉后方胞体的循环过程。细胞骨架和其结合蛋白,还有细胞间质是这个过程的物质基础,另外还有多种物质会对之进行精密调节。细胞迁移是通过胞体形变进行的定向移动,因此细胞迁移的移动速度很慢。但此细胞迁移“步缓力微”的运动特性,却是细胞觅食、伤口痊愈、胚胎发生、免疫反应、感染和癌症转移等生理现象所涉及到的。因此细胞迁移是目前细胞生物学研究的一个主要课题,科学家们试图通过对细胞迁移的研究,在阻止癌症转移、异体植皮等医学应用方面取得更大成果。也因为细胞迁移独有的运动特性,成为今生物学热门研究方向。 
研究历史 

  1675年,显微技术的先驱人物安东尼·凡·列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)往英国皇家学会寄出一封信,里面描写了细菌的运动。这封信可以说是打开了科学家对细胞迁移研究的第一页。在往后这300多年时间,人们就一直试图去理解细胞迁移过程的细节。 
  而细胞迁移的关键物质—细胞骨架则要等到20世纪才被发现。虽然1939年科学家阿尔伯特·山特吉尔吉(A. Szent-Györgyi)就已发现细胞骨架的成分—肌动蛋白和肌球蛋白,但是因为电子显微镜制作样本时需要对样品进行0到4°C的低温固定,在这样的温度下细胞骨架会被破坏,即所谓的“解聚”。所以当时认为细胞质不过是一“蛋白汤”,各种细胞器悬浮于细胞质液(Cytosol)中。但在60年代后,人们使用戊二醛常温固定的方法开始逐渐发现细胞骨架。科学家发现,细胞骨架在这个细胞迁移过程起到承载和支撑的作用。在20世纪末21世纪初,科学家对细胞迁移复杂机理的认识有了非常大的进步,对细胞与基质的粘着,非对称性极化和胞内分层运动都有了进一步的了解。但是整个过程其实仍未被了解透彻,很多中间过程就是连起作用的物质都未明。科学家对其中部分需要进行假设,再进一步通过实验去证实。
过程简述 
  细胞迁移的过程可以用右图阐明。细胞迁移是一系列生理程序的集合,接收到外界信号后(关于外界信号作用于细胞的过程,请见运动方向的确定和极化),细胞内每一个阶段都要相应的蛋白质在适当的位置被激活。这一连串的蛋白质的活化并不是同时平行进行,而是有先后顺序的。处于悬浮状态的成纤维细胞,会处于一种所谓闲逛(random walk)状态,或者被称之为处于各向同性伸展期(Isotropic spreading phase),它在不断伸出伪足后又不断将之收回,可能是要在就近一探其究竟。细胞或者是靠外界信号物质浓度梯度(请见化学趋向性),或是利用某些特定分子作为路标信号,确定前进的方向。细胞内部的分子会因应需要发生变化,一些蛋白质和离子会重新排列,显示出不均匀分布,就是出现了所谓的极性,而这个过程请见极化。 
  值得一提的是,细胞在前进的过程中,可以不断改变其前进的方向。在显微镜下观察大肠杆菌(Escherichia coli)寻找食物时的运动,可见细胞先向前直线移动一段时间,然后会停下来并且调整一下方向,然后又再作直线移动。如此不断反复。可见细胞内调控能力的有效和精确。 
  细胞极化后,细胞的前端会伸出极状足(请见细胞前端突出)。极状足伸出后,会与细胞前方的底质附著;粘着处会形成一种固定结构,名曰粘着斑(请见突出与底质的粘着)。此时,胞体主体会被牵拉向前(请见细胞体前移);最后细胞的后端与底质剥离(请见牵引尾部往前)。这样前进的4个步骤完成,并准备下一次循环。 
  不同的细胞,它们直线运动的速度和持续的时间是不同的。使用分子干扰技术可以很好的研究这两者。一般来说,细胞直线前进速度越慢,其保持直线运动的时间就越长,例外是鱼的上皮细胞,它能够在快速迁移的同时,显示出长时间保持直线运动的能力。 
与之有关的生理过程 
  细胞迁移是多种生理过程的前提,例如创伤恢复,神经嵴细胞的移行,急性炎症中白细胞的渗出还有癌细胞的转移。
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