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图1 两栖类分散的胚胎细胞重新聚集的图谱
图2 海棉细胞亲和的分子模式

  细胞间选择性地粘着的现象。多细胞有机体的细胞之间借助某些理化因子选择性地粘着在一起,从而形成特定的组织构造。细胞间亲和性的大小、有无,随细胞的种类和发育时期而定。胚胎发生过程中,由于细胞间亲和性的减弱或消失,原来相连在一起的细胞得以分离,并通过运动而移位;细胞间亲和性的增加则促进组织结构的形成和维持。细胞间选择粘着和定向迁移是形态发生的两个基本过程,由此导致组织发生和器官形成。

  多细胞有机体的细胞间亲和性可用实验方法进行研究,即先将组织细胞分散,然后再使这些分散了的细胞聚集起来。这方面的研究最先是在低等多细胞生物(如海绵)上进行的。

海绵细胞的亲和性

  H.V.威尔逊1907年发现用机械方法把细芽海绵分散成游离的细胞后,这些分散的细胞能够重新聚集,发育成一个完整的小海绵。在此过程中,不同类型的海绵细胞最初是随机地聚集在一起的。当细胞凝块达到足够大小时,各类细胞通过迁移和选择粘着,结果相同类型的细胞粘着在一起,形成结构完整的个体。

  以后的学者把两种颜色不同的海绵,橘红色的细芽海绵和黄色的穿贝海绵的分散细胞混合在一起。经过细胞运动、接触和选择粘着,结果重新组成两个颜色不同的海绵个体。这些细胞似乎能够互相识别并有选择地与同种的细胞结合在一起。这表明海绵的细胞亲和性具有种属特异性。

脊椎动物细胞的亲和性

  高等动物胚胎的组织细胞经分散后,同海绵细胞一样容易聚集成团,并按细胞的内在特性重新排列。

  如果把两栖类早期胚胎的外胚层、中胚层和内胚层细胞分散后再混合,则来源于不同胚层的细胞将按细胞间的亲和性而重新结合成组织结构。如把预定表皮细胞和中胚层细胞混合则表皮细胞向外迁移,中胚层细胞向内迁移,结果形成一个表皮囊泡,里面充满间叶细胞、体腔上皮和血细胞(图1a)。如果把三个胚层的分散细胞混合则预定表皮细胞迁至外面,形成表皮;内胚层细胞与表皮细胞不亲和,互相分离,形成另一细胞团;中胚层细胞则分化为把外胚层和内胚层连接起来的间叶细胞(图1b)。

  因此,每一胚层的细胞都有内在的选择亲合性和迁移倾向,能各自按胚层关系,重新排列。属于同一胚层和组织类型的细胞,彼此之间的亲合性强。表皮和内胚层之间不亲和,而中胚层细胞则与外胚层和内胚层细胞都能亲和。在细胞分化过程中,细胞间亲和性也会发生改变。如果把原属同一胚层,但发育命运不同的细胞,如早期神经胚的预定神经外胚层和预定表皮细胞分散后再混合则随分化的进行,表皮细胞向外迁移形成表皮囊,而神经外胚层细胞向内迁移,形成类似神经管构造(图1c)。

  用胰蛋白酶处理鸟类、哺乳类的胚胎组织,分散后的细胞也能聚集成团。不同组织来源的分散细胞,在聚集物中将各按不同细胞的特性重排。一些向内迁移,另一些则向外迁移,结果一种组织的细胞包围着另一种组织的细胞。例如,把胚胎软骨细胞和心肌细胞混合则心肌细胞包围着软骨细胞;把肝细胞和心肌细胞混合则肝细胞包围着心肌细胞;把肝细胞和软骨细胞混合,肝细胞又包围着软骨细胞。由此可见,不同类型的组织细胞间亲和性的大小不同,亲和性强的组织被包围在细胞团中央。

  细胞亲和性的相对强弱可用同位素标记细胞结合法来测量。将同位素标记的细胞和未标记细胞混合。经一定时间后,测量与未标记细胞团粘着的标记细胞数,就可得出这两种细胞间亲和性的强度。用此法得知,同一组织类型的细胞(如肝细胞与肝细胞,或视网膜细胞与视网膜细胞)之间的亲和性强于不同组织类型细胞(如肝细胞与视网膜细胞)。此外,胚胎细胞之间的选择亲和性不受种属限制。如来源于小鼠和鸡的肾细胞能共同聚集形成肾小管;来自两种动物的其他组织细胞(如肝、软骨、视网膜等)也都各自能形成嵌合的组织构造。有趣的是来源于鸡和小鼠的组织细胞混合后重聚时,不同物种的同类组织细胞(如小鼠心肌细胞和鸡心肌细胞)之间的亲和性大于同种、而不同组织类型的细胞(如小鼠心肌细胞和小鼠肝细胞)。这表明高等动物细胞间亲和性的组织特异性大于种属特异性,和海绵的情况有所不同。

细胞粘着的机制

  细胞选择亲合的机制还不甚清楚。但有证据提示,除钙离子外,细胞表面还有某些专一的大分子起作用。

  从海绵中提纯的凝集因子是一个具有几百万分子量的糖蛋白复合体,它有一个800埃的圆形内环和11~15个辐射臂。在有钙离子存在的情况下,凝集因子能和同种海绵细胞表面的受体分子──基板结合,但不能和异种海绵细胞结合。凝集因子可能先与细胞表面的基板结合。然后通过钙离子的中介而彼此连接起来(图2)。简言之,海绵细胞的选择亲合机制可能是通过一个多价连接大分子识别两个细胞表面的同一种受体蛋白,从而把它们连接起来。

  如果把脊椎动物分散的胚胎细胞混合,则同一类组织的细胞优先聚集在一起。已发现许多种组织细胞表面存在细胞粘着分子(CAM)。不同组织互不相同,如肝细胞含有L-CAM,神经细胞含有 N-CAM。N-CAM是神经细胞间,以及神经和肌肉之间的亲合分子,参与神经系统的发育,如神经纤维聚集成束,神经和肌肉连接的形成,以及脑组织的分层等。 在胚胎发育过程中, 神经系统不同区域 N-CAM分子的数量和性质按一定的时空顺序发生改变。N-CAM分子从胚胎型(E)转变为成体型(A),前者的唾酸含量比后者高。例如,神经嵴细胞在迁移前,细胞表面存在N-CAM,迁移过程中便消失,形成神经节时又重新出现。

  有人认为神经细胞表面 N-CAM分子的饰变可能与神经图式的发生有关系。如发现小鼠的一种摇晃型突变体的小脑发育不全,其皮层平行纤维和蒲金野氏细胞间突触形成受阻,因而出现行动不稳。进一步发现患这种遗传病的小鼠的发育过程中,小脑N-CAM从E型到A型的转变比正常小鼠延迟。

  此外,细胞与细胞外基质之间也存在选择的粘着性,影响细胞的定向迁移和排列。不过细胞与细胞外基质的粘着则是靠与CAM完全不同的分子来实现的。

  参考书目

  L.W.Browder, Developmental Biology,Saunders College, Philadelphia, 1980.

  B.Alberts et al, Molecular Biology of the Cell,Garland Publishing, Inc.,New York,London,1983.

  G.M.Edelman, Cell-adhesion Molecules:A Molecular Basis for Animal Form, Scientific American,4/1984.

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