臨床生物化學: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構基因，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)，并保證其表達產物的功能。如多數(shù)酵解酶類蛋白、鈣調節(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)，當有關細胞損害過程中，它們在血循環(huán)中可以出現(xiàn)，可以反應該細胞的特異損害。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。血清中該酶的活性可以反應肌肉的損害，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，可用于制備相應的抗體，用相應的免疫學方法來檢測。新的組織特異性蛋白質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部分（往往指細胞在去除其亞細胞的結構組分——包括線粒體和內質網及核微粒等成分后，殘留下的可溶性部分)，往往尚含有20%-30%高濃度蛋白質溶液，各個蛋白質之間具有弱的相互作用力。這些蛋白質可導致細胞內水形成兩個部分，即水化的結合水分子與蛋白分子表面結合以及自由水。這些細胞質中的由蛋白絲組成的非膜相結構統(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，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、能量轉換、代謝調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，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，空們產生具有特定功能的微管蛋白mRNA，由于這些編碼在結構組分上十分近似蛋白質分子，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總蛋白質的1%-2%，但在活動較強的細胞中可占20%-30%。

微絲的主要化學成分是肌動蛋白（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構極為相似的組成。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��；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作用。

三、中間纖維

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

免疫學試驗與生物化學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構，即由311-314個氨基酸構建成一個中央α螺旋桿狀區(qū)，兩側則是大小和化學組成不同的端區(qū)。端區(qū)的多樣性決定了中間纖維外形和性質的差異和特異性。

表2-11中見人類角蛋白可有19種不同m.payment-defi.com/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.payment-defi.com位的特異性。例如4、13號與食管和舌的上皮相關，3、12則和角膜相關。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方法來檢測人類的癌腫，并診斷哪些細胞已轉化為惡性，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。