[科普中國(guó)]-細(xì)胞內(nèi)吞作用

細(xì)胞內(nèi)吞作用或胞吞作用(endocytosis)是細(xì)胞從胞外獲取大分子和顆粒狀物質(zhì)的一種重要方式，它是真核細(xì)胞中普遍存在的一種生理現(xiàn)象。胞外物質(zhì)通過(guò)質(zhì)膜包裹，質(zhì)膜內(nèi)陷并形成膜包被的囊泡，囊泡與質(zhì)膜脫離進(jìn)人胞內(nèi)并在胞內(nèi)產(chǎn)生一系列的生理活動(dòng)和生理功能。胞吞作用與多種生命活動(dòng)有著密切關(guān)系，如免疫應(yīng)答、神經(jīng)遞質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞和組織代謝平衡等。近年來(lái)隨著對(duì)其研究的深入，我們對(duì)胞吞作用的功能和機(jī)制有了較深入的認(rèn)識(shí)。

作用類型根據(jù)胞吞作用所形成內(nèi)吞(internalization)囊泡的大小不同，胞吞作用可分為胞噬作用(phagocytosis)和胞飲作用(pinocytosis)(圖7—1)。胞噬作用一般是指細(xì)胞吞噬大的顆粒狀物質(zhì)，其所形成的內(nèi)吞囊泡直徑一般大250nm，如巨噬細(xì)胞(macrophages)吞噬微生物和死細(xì)胞的作用。胞飲作用是細(xì)胞汲取水溶性物質(zhì)和液體的一種方式，其所形成的內(nèi)吞囊泡一般較小，直徑約為100nm。在真核生物體中，大多數(shù)細(xì)胞能夠進(jìn)行胞飲作用，而只有一些特殊的細(xì)胞才能發(fā)生胞噬作用。

胞噬作用在原生動(dòng)物中，胞噬作用是從體外獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的一種重要方式。細(xì)胞外物質(zhì)通過(guò)胞噬作用進(jìn)人胞內(nèi)，然后在溶酶體中消化，釋放出小分子物質(zhì)供細(xì)胞利用。在高等生物中，胞噬作用不僅僅是細(xì)胞獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的一種方式，它還是機(jī)體進(jìn)行自我保護(hù)和抵御侵害的重要手段。在哺乳動(dòng)物中有3種白細(xì)胞具有胞噬作用，它們是巨噬細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞(neutrophils)和樹枝狀細(xì)胞(dendritic cells)。這些細(xì)胞能通過(guò)胞噬作用吞噬侵入機(jī)體的病原微生物，另外巨噬細(xì)胞還能吞噬體內(nèi)衰老和凋亡的細(xì)胞，保護(hù)機(jī)體免受損傷。1

胞飲作用胞飲作用不同于胞噬作用，它幾乎在所有的真核細(xì)胞中發(fā)生。胞飲作用在不同類型的細(xì)胞中，雖然質(zhì)膜內(nèi)吞的速率不同，但是通常都是很快的。在此過(guò)程中，細(xì)胞的體積和表膜面積保持恒定，因此被內(nèi)吞的表膜必須通過(guò)胞吐作用(exocytosis)等量運(yùn)回。胞飲作用可以分為大型胞飲作用(macropinocytosis)、網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的胞吞作用(clathrin-mediated endocytosis)、胞膜窖介導(dǎo)的胞吞作用(caveolae-mediated endocytosis)以及非網(wǎng)格蛋白/胞膜窖依賴的胞吞作用(clathrin—and caveolae—independent endocytosis)。

分類受體介導(dǎo)的胞吞的內(nèi)吞過(guò)程簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，受體介導(dǎo)的胞吞的內(nèi)吞過(guò)程分為3步：①大分子同細(xì)胞表面受體形成配體一受體復(fù)合物。②配體一受體復(fù)合物集中在衣被小窩(coated pits)處。衣被小窩(coated pits)是質(zhì)膜向內(nèi)凹陷的部位，相當(dāng)一個(gè)分子過(guò)濾器(molecular filter)。受體、籠形蛋白和銜接蛋白大量集中于此處，此類特定區(qū)域大概占質(zhì)膜面積的2%。受體胞質(zhì)端有一個(gè)由4個(gè)氨基酸殘基組成的序列(Tyr-X-X-國(guó))，X為任何一種氨基酸，西為分子較大的疏水氨基酸，如Phe、Leu、Met等，銜接蛋白對(duì)此序列有識(shí)別能力。③受體同配體結(jié)合后啟動(dòng)內(nèi)化作用，籠形蛋白開始組裝。聚集配體-受體復(fù)合物的衣被小窩繼續(xù)向細(xì)胞內(nèi)內(nèi)陷，在相關(guān)蛋白作用下，最后形成衣被小泡(coated vesicles)。

衣被小泡的組成成分有網(wǎng)格蛋白和銜接蛋白?；\形蛋白又稱網(wǎng)格蛋白或成籠蛋白，其蛋白分子在衣被小窩處連接成網(wǎng)架。衣被小窩變成衣被小泡后，籠形蛋白隨即脫去，返回質(zhì)膜下方。銜接蛋白(adaptin)。具有與籠形蛋白基本相同的功能，但它存在不同類型，可結(jié)合不同受體。銜接蛋白介于籠形蛋白與配體，受體復(fù)合物之間，起連接作用，關(guān)于籠形蛋白形成衣被小泡的過(guò)程，將在第八章詳細(xì)介紹。

胞飲泡進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)后，首先與早期內(nèi)吞體融合，經(jīng)過(guò)3條途徑形成3個(gè)不同的歸宿：①與溶酶體融合，質(zhì)膜和配體-受體復(fù)合物被降解，如EGF的受體，稱為受體下行調(diào)節(jié)(receptordown-regulation)；②在早期內(nèi)吞體重配體與受體分離，帶著受體地膜泡通過(guò)外排回到原來(lái)的細(xì)胞表面，補(bǔ)充損耗的質(zhì)膜，如LDL受體；③配體一受體復(fù)合物不分解，在小泡內(nèi)到達(dá)細(xì)胞另一側(cè)，與質(zhì)膜融合，配體與受體分離，被分泌到細(xì)胞外，這就是穿胞運(yùn)輸(transcytosis)，如母鼠的抗體從血液通過(guò)上皮細(xì)胞進(jìn)入母乳中，乳鼠腸上皮細(xì)胞將抗體攝人體內(nèi)，都是通過(guò)穿胞運(yùn)輸完成的。

膽固醇的吸收和運(yùn)鐵蛋白的內(nèi)吞動(dòng)物細(xì)胞對(duì)膽固醇的吸收是研究得較為清楚的受體介導(dǎo)內(nèi)吞。膽固醇是構(gòu)成膜脂的成分之一，細(xì)胞通過(guò)受體介導(dǎo)的內(nèi)吞吸收所需要的大部分膽固醇。膽固醇主要在肝細(xì)胞中合成，隨后與磷脂和蛋白質(zhì)形成低密脂蛋白(10w-density lipoproteins，U)L)，釋放到血液中。LDL顆粒的分子量為3×103kDa，芯部含有大約1 500個(gè)被酯化為長(zhǎng)鏈脂肪酸的膽固醇分子，周圍由磷脂和500個(gè)左右未被酯化的膽固醇構(gòu)成的脂單層包圍，并且被一個(gè)較大的Apo-B蛋白(配體)組織為L(zhǎng)DL顆粒。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)行膜合成需要膽固醇時(shí)，細(xì)胞即合成LDL跨膜受體蛋白，并將其嵌插到質(zhì)膜中。受體與LDL顆粒受體結(jié)合后，形成衣被小泡；進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的衣被小泡隨即脫掉籠形蛋白衣被，成為平滑小泡，同早期內(nèi)體融合，內(nèi)體1中pH值低，使受體與IDL顆粒分離；再經(jīng)晚期內(nèi)體將LDL送入溶酶體。在溶酶體中，LDL顆粒中的膽固醇酯被水解成游離的膽固醇而被利用。

運(yùn)鐵蛋白(transferrin)是血液中專門向細(xì)胞運(yùn)輸鐵的糖蛋白，分子量為80kDa，每個(gè)運(yùn)鐵蛋白分子可以結(jié)合2個(gè)Fe3+。細(xì)胞表面有運(yùn)鐵蛋白的受體，運(yùn)鐵蛋白與受體專一結(jié)合后，通過(guò)受體介導(dǎo)內(nèi)吞將結(jié)合有鐵的運(yùn)鐵蛋白送人早期內(nèi)體中，然后在內(nèi)體的酸性環(huán)境中，運(yùn)鐵蛋白釋放與之結(jié)合的鐵，變?yōu)槊撹F運(yùn)鐵蛋白(apotransferrin)。脫鐵運(yùn)鐵蛋白仍與受體結(jié)合，形成復(fù)合物的形式返回質(zhì)膜，在細(xì)胞外的中性環(huán)境內(nèi)，脫鐵運(yùn)鐵蛋白脫離受體，參加新一輪的載體運(yùn)輸。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李麗霞 - 博士 - 西北農(nóng)林科技大學(xué)