臨床生物化學(xué):第二節(jié)　細胞骨架蛋白——組織特異性蛋白的鑒定及其意義

人類基因組（genome)含有3萬-5萬個可單拷貝的結(jié)構(gòu)基因，但在一個細胞生長的特定條件下，往往只有少數(shù)基因表達。有些基因幾乎普遍地在所有細胞活躍地處于表達狀態(tài)，并保證其表達產(chǎn)物的功能。如多數(shù)酵解酶類蛋白、鈣調(diào)節(jié)蛋白。此外，多數(shù)細胞均有其細胞骨架的特定組分，或產(chǎn)生特定代謝的酶。這些蛋白在各細胞中表現(xiàn)出它的組織特異性（tissue-speificprotein)，當有關(guān)細胞損害過程中，它們在血循環(huán)中可以出現(xiàn)，可以反應(yīng)該細胞的特異損害。這一事實被利用于監(jiān)測某組織是否進行性損害的一種非損傷性的手段，并正在發(fā)展中。

有幾種方法可以檢測出特殊蛋白的組織特異性，如果該蛋白本身就是酶，可以直接測定酶的活性。例如肌酸激酶在骨骼肌中含量很高，但它們并不存在于肝內(nèi)。血清中該酶的活性可以反應(yīng)肌肉的損害，特別是骨骼肌的病變——肌萎縮癥，或心肌損害。如果該蛋白并非具有酶活性，但可以表現(xiàn)一定的抗原性，可用于制備相應(yīng)的抗體，用相應(yīng)的免疫學(xué)方法來檢測。新的組織特異性蛋白質(zhì)也可以通過高分辨率的雙相電泳色譜而定位，可以比較不同的組織，而檢出特殊器官中特異性蛋白的存在。

一個真核細胞的胞質(zhì)部分（往往指細胞在去除其亞細胞的結(jié)構(gòu)組分——包括線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及核微粒等成分后，殘留下的可溶性部分)，往往尚含有20%-30%高濃度蛋白質(zhì)溶液，各個蛋白質(zhì)之間具有弱的相互作用力。這些蛋白質(zhì)可導(dǎo)致細胞內(nèi)水形成兩個部分，即水化的結(jié)合水分子與蛋白分子表面結(jié)合以及自由水。這些細胞質(zhì)中的由蛋白絲組成的非膜相結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為細胞骨架（cytoskeleton)，根據(jù)目前的研究，按纖維直徑的大小又可將其分為微管（microtube,直徑約24nm)、微絲（microfilament，直徑約5-8nm)、中間纖維或稱中間絲（intermediatefilament，直徑約7-12nm)以及比微絲更細且不規(guī)則的纖維網(wǎng)，稱為微梁格（microtrabecularlatticesystem，直徑<6nm)。

細胞骨架蛋白在細胞運動、分裂、信息傳遞、能量轉(zhuǎn)換、代謝調(diào)控以及纖維細胞形態(tài)方面具有重要作用。

一、微管

微管可在所有哺乳類動物細胞中存在，除了紅細胞外，所有微管均由約55ku的α及β微管蛋白（tubulin)組成。它們正常時以αβ二聚體形式存在（110ku)并以頭尾相連的方式聚合，形成微管蛋白原纖維（protofilament)，由13根這樣的原纖維構(gòu)成一個中空的微管。

從各種組織中提純微管蛋白可以發(fā)現(xiàn)還存在一些其他蛋白成分（5%-20%)，稱之謂微管相關(guān)蛋白（microtubeassociatedproteinsorMAPS’)。這些蛋白具有組織特異性，表現(xiàn)出從相同αβ二聚體聚合形成的微管具有獨特的性質(zhì)，已從人類不同組織中發(fā)現(xiàn)了多種α及β微管的等點異質(zhì)體（variants)，并追蹤微管基因表現(xiàn)出部分基因家族，某些基因被認為是編碼獨特的微管蛋白。

在人類至少發(fā)現(xiàn)兩種明顯區(qū)別的α-微管蛋白及三種明顯區(qū)別的β-微管基因，空們產(chǎn)生具有特定功能的微管蛋白mRNA，由于這些編碼在結(jié)構(gòu)組分上十分近似蛋白質(zhì)分子，在不同組織存在多少特異性的具有差異表達的微管蛋白亞型，尚待深入研究。

二、微絲

微絲（microfilament)也普遍存在于所有真核細胞中，是一個實心狀的纖維，一般細胞中含量約占細胞內(nèi)總蛋白質(zhì)的1%-2%，但在活動較強的細胞中可占20%-30%。

微絲的主要化學(xué)成分是肌動蛋白（actin)和肌球蛋白（myosin)，如同微管蛋白，肌動蛋白的基因組成一個超家族并有多種結(jié)構(gòu)極為相似的組成。在肌細胞中至少存在4種不同的肌動蛋白：①骨骼肌的條紋纖維；②心肌的條紋纖維；③血管壁的平滑肌；④胃腸道壁的平滑肌。它們在氨基酸組分上有微小的差異（大約在400個氨基酸殘基序列中有4-6個變異)，在肌肉與非肌細胞中都還存在β及γ肌動蛋白，它們與具有橫紋的α肌動蛋白可有25個氨基酸的差異。

單體的或G-肌動蛋白可聚合為呈纖維狀的F-肌動蛋白，它們可由Mg2+及高濃度的K+或Na+誘導(dǎo)而聚合，聚合后ATP水解為ADP及C-肌動蛋白ADP單體，而從組裝成F-肌動蛋白的多聚體上游離下來。在骨骼肌肌動蛋白的細絲與肌球蛋白的粗絲相互作用產(chǎn)生肌收縮（肌球蛋白可以起作肌動蛋白激活的ATPase的作用)。肌球蛋白也存在于哺乳動物的非肌細胞中（但以非聚合狀態(tài)存在)。

總之，微絲具有多種功能，在不同細胞的表現(xiàn)不同，在肌細胞組成粗肌絲、細肌絲，可以收縮（收縮蛋白)，在非肌細胞中主要起支撐作用、非肌性運動和信息傳導(dǎo)作用。

三、中間纖維

細胞骨架的第三種纖維結(jié)構(gòu)稱中等纖維或中間纖維（intermediatefilment,IF)，又稱中絲，為中空的骨狀結(jié)構(gòu)，直徑介于微管和微絲之間，其化學(xué)組成比較復(fù)雜，在不同細胞中，成分變化較大。

免疫學(xué)試驗與生物化學(xué)方法已確認動物細胞中有5種中間纖維，可見于表2-11。

表2-11 中間纖維絲蛋白的分類

以上5種中間纖維有共同的基本結(jié)構(gòu)，即由311-314個氨基酸構(gòu)建成一個中央α螺旋桿狀區(qū)，兩側(cè)則是大小和化學(xué)組成不同的端區(qū)。端區(qū)的多樣性決定了中間纖維外形和性質(zhì)的差異和特異性。

表2-11中見人類角蛋白可有19種不同m.f1411.cn/Article/型別，可由雙相凝膠電泳行為及氨基酸序列而區(qū)別，它們又可分為I型（1-9)、II型（10-19)，它們表現(xiàn)組織定m.f1411.cn位的特異性。例如4、13號與食管和舌的上皮相關(guān)，3、12則和角膜相關(guān)。這5種中間纖維蛋白存在于原始的脊椎動物，可見在進化過程中具有較強的保守性。多種中間纖維蛋白的抗體目前可用于免疫組織化學(xué)方法來檢測人類的癌腫，并診斷哪些細胞已轉(zhuǎn)化為惡性，例如抗細胞角蛋白抗體可用于鑒別多種類型皮膚和肺部的腫瘤等。