細胞表面的信息天線

摘要 細胞膜表面的糖被即糖蛋白是由寡糖鏈與肽鏈中的一定氨基酸殘基以糖苷鍵共價連接而成。糖蛋白參與的生理功能包括分子識別、免疫反應、神經沖動的傳導、激素受體和CAMP的代謝調節作用、血型抗原和酶等。糖蛋白與很多疾病如感染、腫瘤、心血管病、肝病、腎病、糖尿病以及某些遺傳性疾病等的發生、發展有關。細胞表面的糖蛋白可“脫落”到周圍環境或進入血循環，它們可以作為異常的標志為臨床診斷提供信息。

關鍵詞 糖被 糖蛋白 分子識別

中圖分類號 Q41

文獻標識碼 E

文件編號 1003－7586(2011)03－0003－02

動物和人體細胞膜的外表有一層糖蛋白構成的外被，稱為糖被或糖萼。糖被是細胞與外界溝通的重要信號分子，糖鏈的糖基種類和數目、排列順序和分枝形式、糖鏈的長短及結合部位的差異，均構成了生物信號，傳遞著細胞對外界刺激的信息，是細胞間信息交流的“天線”，在細胞生命活動中具有某些十分重要的特殊功能，因此對糖被的研究是目前國內外頗為活躍的領域。

1 細胞膜表面糖蛋白的組成

糖蛋白分子的種類很多，分子大小懸殊很大，相對分子質量可從15000到10¹⁰以上。糖蛋白的糖鏈是由9種單糖基組成的寡糖，這9種單糖是：D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、L-巖藻糖、L-阿拉伯糖、D-木糖、N-乙酰-D-葡糖胺、N-乙酰-D-半乳糖胺和N-乙酰神經氨酸(又稱唾液酸)。糖蛋白的寡糖鏈一般由十幾個單糖組成，最多不超過25個。糖蛋白中的糖含量變化很大，少的在1％以下，多則可超過60％，寡糖鏈以其還原端同蛋白質部分的氨基酸相連。

2 細胞膜表面糖蛋白的功能

細胞膜上的糖蛋白在細胞生理活動和細胞間期相互作用方面有許多重要功能，主要是分子識別、免疫反應、神經沖動的傳導、激素受體和cAMP的代謝調節作用、血型抗原和催化作用。

2.1分子識別

各種細胞的細胞外被寡糖鏈，單糖順序有一定的編排次序，在細胞表面上組成分子密碼。特定的單糖順序像“指紋”一樣，具有各種細胞的特征。這種分子密碼在細胞間建立了識別關系，分子識別是細胞識別和細胞通訊的基礎。細胞識別無論對于個體發生還是成體生命活動的維持都具有決定性意義。例如，同種受精決定于精子表面和卵透明帶糖蛋白結構的相互識別。細胞表面糖蛋白還參與早期胚胎發育過程中內細胞團及滋養層的形成及隨后組織、器官形成過程中同類細胞在識別基礎上所發生的聚集。胚胎發育需全能細胞進行分化。通過細胞遷移及生物識別，相同的細胞在一定部位聚集成團，最后發展為特定的器官。這些過程依賴于特異性的細胞識別及選擇性的細胞粘合。糖蛋白糖鏈是細胞識別及黏合的分子依據。在結構多樣的糖鏈中存貯著足夠的各種識別信息。抑制糖蛋白糖鏈的生物合成，則胚胎發育中止。在胚胎發育的不同階段及細胞增殖的不同時期細胞表面糖蛋白不斷發生改變。

2.2免疫反應

動物細胞表面具有遺傳特征分子，稱為組織相容性抗原，其化學成分為糖蛋白，在結構上類似于免疫細胞受體。人細胞表面的糖蛋白稱為HLA抗原，HLA抗原具有家族特征，家族之外沒有完全相同的HLA抗原。HLA抗原可為免疫系統提供識別標志，顯示出細胞表面類型，便于機體把外來細胞甚至癌細胞與自身正常細胞區別開來，加以消滅。

2.3神經沖動的傳遞

神經興奮在神經元之間和神經元與肌細胞之間傳遞時，要通過神經遞質——乙酰膽堿的介導。乙酰膽堿存在于神經末梢的突觸小泡中，神經細胞興奮時突觸小泡同神經末梢的細胞膜(突觸前膜)融合，將乙酰膽堿釋放到突觸間隙，在突觸后膜和肌細胞的肌膜上有乙酰膽堿的受體。乙酰膽堿受體是由5～6個亞基組成的糖蛋白，當它同乙酰膽堿結合時可發生構象變化，導致Na⁺、K⁺、Ca²⁺離子涌入細胞內，使神經膜或肌膜去極化，進而使神經沖動傳遞下去或引起肌纖維收縮。膜上還有乙酰膽堿酯酶，可迅速分解釋放出乙酰膽堿，從而使乙酰膽堿受體恢復原來的構象，膜亦恢復原來的屏障狀態。

2.4激素受體和cAMP的代謝調節作用

各種激素均有特定的靶細胞，某種激素的靶細胞具有該種激素的專一受體。含氮激素，如胰島素、腎上腺素、胰高血糖素、甲狀腺素等，其受體即是存在于細胞膜上的糖蛋白。這類激素對細胞代謝的調節作用要通過幾種整合膜蛋白的相互作用和cAMP的介導。激素分子作為一種信號(第一信使)作用于靶細胞。細胞膜中的專一受體同激素分子結合后發生構象變化，引起了一系列變化，激活位于細胞膜內表面的腺苷酸環化酶分子，導致胞內產生了新的信號——第二信使。cAMP是起第二信使作用的一種物質，結果使胞外信息轉變為胞內調節信號，在不同的細胞內引起不同的反應，例如在肝細胞內則引起糖原分解，在甲狀腺細胞內則引起甲狀腺素的分泌，而在腎小管中則引起質膜對水的通透性降低。一旦膜外第一信使的濃度下降，第一信使即與靶細胞受體解離，腺苷酸環化酶失活，cAMP形成就減少。

2.5血型抗原

在紅細胞膜上有一種稱為血型糖蛋白的整合蛋白質，起到血型抗原的作用。血型糖蛋白的蛋白質部分為一條多肽鏈，含有131個氨基酸殘基，多肽鏈的氨基端由親水性氨基酸殘基組成，從細胞表面向外伸出。多肽鏈的中段由疏水性氨基酸殘基組成，嵌合在細胞膜脂雙層中。多肽鏈的羧基端亦為親水性的，從細胞膜內表面深入細胞質中，血型糖蛋白的氨基端連接有16條寡糖鏈分支，每一條是由11～13個單糖組成。組成寡糖鏈的糖基具有特定的結構順序。無論是ABO血型還是MN血型都是由血型糖蛋白決定的。ABO血型的分型是由寡糖鏈的結構所決定的，A型血的寡糖鏈末端糖基為N-乙酰半乳糖胺。而B型血則為半乳糖，O型血則沒有這兩種單糖。血型糖蛋白亦是某些病毒的結合部位和某些凝集素如植物凝集素、麥胚凝集素等的受體。血型糖蛋白是一種跨膜整合蛋白，它可把環境刺激信息穿膜傳遞到細胞中，影響著細胞的生長和分裂活動。糖蛋白的寡糖鏈對效應物有識別作用，因而細胞表面的寡糖鏈有“信息天線”之稱。

2.6催化作用

細胞外被中有的糖蛋白具有酶的活性，例如小腸上皮細胞游離端上的糖萼與小腸的消化作用有關，有一些外被糖蛋白即是消化酶，如堿性磷酸酶、氨基肽酶和二糖酶等，糖萼內含有可消化碳水化合物和蛋白質的各種酶。

3 糖蛋白的變化和疾病的關系

現在研究證明人體有很多疾病的發生和細胞膜表面的糖蛋白的變化有關系。

聚糖結構變化和癌癥的關系：

1969年，Meezan等在研究成纖維細胞的癌變過程中，首次提出在腫瘤細胞的形成過程中存在聚糖結構的改變。隨后，通過凝集素特異性目前對于肝癌以及其他腫瘤相關結合正常和癌變細胞聚糖的方法也證實了上述結論，越來越多的證據表明：聚糖在表達水平上的差異和特殊糖基結構的出現與腫瘤細胞的侵襲和轉移有密切關系。肝癌則是癌癥致死的第2位殺手，在肝病的癌變過程中同樣伴有聚糖結構和功能的改變。甲胎蛋白(AFP)是一種癌胚糖蛋白，在23天冬酰胺處含有一條N-糖鏈。近來，與小扁豆集素(LCA)結合的AFP-L3成為檢測肝癌的重標志，AFP-L3實際上反映了AFP核心巖藻糖變化，N-乙酰葡糖胺(GlcNAc)上。

染色體異常的先天性糖蛋白糖基化缺陷，可累及多個臟器，如神經、造血、消化和生殖系統等，從而引起多種多樣的臨床表現，如胎兒水腫、性腺發育不良、高胰島素血癥、胃腸系統異常、心肌病先天性腎病綜合征等。

4 糖蛋白的醫學應用

細胞表面的糖蛋白可“脫落”到周圍環境或進入血循環，它們可以作為異常的標志為臨床診斷提供信息；患某些疾病時體液中的糖蛋白亦常有特異性或強或弱的改變，這可有助于診斷或預后的判斷。糖蛋白還日益介入治療。例如，針對特定細胞表面特異性糖結構的抗體可作為導向治療藥物的定向載體。利用糖類(單糖、寡糖或糖肽)抗感染及抗腫瘤轉移也已嶄露頭角。