淺析細胞間的信息交流

查林森

摘 要：講述了化學通訊、細胞間接觸依賴的通訊和細胞間的間隙連接這三種細胞間信息交流的類型，并分別通過舉例進行了說明。

關鍵詞：信息交流；內分泌；化學突觸；胞間連絲

人教版必修1《分子與細胞》教材第42頁“細胞膜——系統的邊界”一節中關于細胞間的信息交流，舉了這樣三個例子（見圖1）。

對于圖1-a的含義，很多教師都非常熟悉，因為它表示的就是人與高等動物體內激素調節的示意圖，但是對于圖1-b、圖1-c的引入，很多教師不是很理解，甚至認為將這兩幅圖替換成興奮在突觸間的傳遞示意圖更能體現重點知識的前后聯系。而筆者認為，這三幅圖則恰好體現了細胞間信息交流的三種方式。

細胞間的信息交流（即細胞通訊）是指一個細胞發出的信息通過介質傳遞到另一個細胞產生相應的反應。細胞通訊的方式主要有以下三種類型。

一、化學通訊

化學通訊是指細胞通過分泌化學信號進行細胞間相互通訊，這是多細胞生物體采用的最普遍的通訊方式。細胞分泌化學信號的作用方式可以分為內分泌、旁分泌、自分泌及通過化學突觸傳遞神經信號等四種類型（見圖2）。

1.內分泌

由內分泌細胞分泌信號分子（如激素）到血液中，通過血液循環運送到體內各個部位，作用于靶細胞，與靶細胞細胞膜表面的受體結合，將信息傳遞給靶細胞（見圖1-a，圖2-a）。例如，胰腺組織中胰島A細胞分泌的胰高血糖素通過血液的傳送作用于肝細胞后，促進肝糖原的分解，從而升高血糖濃度；再如下丘腦的某些神經細胞分泌的促甲狀腺激素釋放激素通過血液的傳送作用于垂體細胞后引起垂體細胞分泌促甲狀腺激素，促甲狀腺激素再刺激甲狀腺分泌甲狀腺激素等。

2.旁分泌

體內某些細胞能分泌一種或數種化學介質，如生長因子、一氧化氮等，此類信息物質不進入血液循環，而是通過擴散作用影響其鄰近細胞的現象。與旁分泌有關的細胞稱為旁分泌細胞，如散布于胃腸粘膜上皮的內分泌細胞、胰島D細胞、分泌前列腺素的細胞等。旁分泌細胞分泌的激素經組織液彌散至鄰近的靶細胞，起局部調節作用，稱為局部激素或局部介質（見圖2-b）。

3.自分泌

細胞所分泌的活性因子與該細胞表達的相應受體結合，從而調節自身功能的現象。自分泌信號常見于病理條件下，如腫瘤細胞合成和釋放生長因子刺激自身，導致腫瘤細胞的增殖失控（見圖2-c）。

4.通過化學突觸傳遞神經信號

當神經元細胞在接受環境或其他神經細胞的刺激后，神經信號通過動作電位的形式沿軸突以高達100 m/s的速度傳至末梢，刺激突觸前膜釋放化學信號（如神經遞質），快速擴散作用于相距50 nm的突觸后膜，引起下一個神經元細胞產生興奮或抑制（見圖2-d）。

此外，某些昆蟲通過分泌外激素傳遞信息也屬于通過化學信號進行細胞間通訊，作用于同種生物的其他個體。

二、細胞間接觸性依賴的通訊

細胞間接觸性依賴的通訊通過與細胞膜結合的信號分子與其相接觸的靶細胞膜上的受體分子相結合，影響其他細胞，因此它與化學通訊方式的最主要區別在于其信號分子是與細胞膜相結合的（見圖1-b）。這種通訊方式在胚胎發育過程中對組織內相鄰細胞的分化具有重要作用。在胚胎發育過程中，神經系統來源于胚胎上皮細胞層。將發育成神經系統的上皮細胞層，最初相鄰細胞之間是彼此相同的，在發育過程中，單個細胞通過獨立分化成為神經元，而與其相鄰的細胞則受到抑制保持未分化狀態。這是因為將分化形成神經元的細胞通過膜結合的抑制信號分子與其相接觸的相鄰細胞的膜受體結合，能阻止它們也分化成神經元細胞。

又如，哺乳動物受精的過程中，在精子的細胞膜中含有某種蛋白質（信號分子），它能直接與卵子透明帶中的一種特異性糖蛋白（受體分子）結合，從而刺激精子產生頂體反應，啟動受精的過程。

三、細胞間的間隙連接

細胞間形成間隙連接使細胞質相互溝通，通過交換小分子來實現信息交流。例如，高等植物細胞之間通過胞間連絲相互連接，完成細胞間的信息交流。

胞間連絲是貫穿細胞壁溝通相鄰細胞的細胞質連線，它由相互連接的相鄰細胞的細胞膜共同組成的直徑為20～40 nm的管狀結構構成，中央是由內質網延伸形成的連絲微管（見圖1-c，圖3）。

胞間連絲形成了物質從一個細胞進入到另一個細胞的通路，所以在植物細胞的通訊中起非常重要的作用。例如，在分泌旺盛的細胞中，胞間連絲的數目達15個/μm2，而一般細胞中約為1個/μm2。

由此可見，教材若選擇激素調節與神經調節作為細胞間信息交流的示例雖然能體現重點知識的前后聯系，但由于它們所表示的都是細胞間信息交流的同一種類型，所以也就失去了生物教材所具有的嚴謹性與科學性。

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[2]王慧，朱士軍.細胞表面的信息天線：糖蛋白[J].中學生物學，2011，27（3）：3-4.

（作者單位 江蘇省新沂市王樓中學）