第二节　细胞骨架蛋白——组织特异性蛋白的鉴定及其意义

人类基因组（genome）含有3万-5万个可单拷贝的结构基因，但在一个细胞生长的特定条件下，往往只有少数基因表达。有些基因几乎普遍地在所有细胞活跃地处于表达状态，并保证其表达产物的功能。如多数酵解酶类蛋白、钙调节蛋白。此外，多数细胞均有其细胞骨架的特定组分，或产生特定代谢的酶。这些蛋白在各细胞中表现出它的组织特异性（tissue-speificprotein），当有关细胞损害过程中，它们在血循环中可以出现，可以反应该细胞的特异损害。这一事实被利用于监测某组织是否进行性损害的一种非损伤性的手段，并正在发展中。

有几种方法可以检测出特殊蛋白的组织特异性，如果该蛋白本身就是酶，可以直接测定酶的活性。例如肌酸激酶在骨骼肌中含量很高，但它们并不存在于肝内。血清中该酶的活性可以反应肌肉的损害，特别是骨骼肌的病变——肌萎缩症，或心肌损害。如果该蛋白并非具有酶活性，但可以表现一定的抗原性，可用于制备相应的抗体，用相应的免疫学方法来检测。新的组织特异性蛋白质也可以通过高分辨率的双相电泳色谱而定位，可以比较不同的组织，而检出特殊器官中特异性蛋白的存在。

一个真核细胞的胞质部分（往往指细胞在去除其亚细胞的结构组分——包括线粒体和内质网及核微粒等成分后，残留下的可溶性部分），往往尚含有20%-30%高浓度蛋白质溶液，各个蛋白质之间具有弱的相互作用力。这些蛋白质可导致细胞内水形成两个部分，即水化的结合水分子与蛋白分子表面结合以及自由水。这些细胞质中的由蛋白丝组成的非膜相结构统称为细胞骨架（cytoskeleton），根据目前的研究，按纤维直径的大小又可将其分为微管（microtube,直径约24nm）、微丝（microfilament，直径约5-8nm）、中间纤维或称中间丝（intermediatefilament，直径约7-12nm）以及比微丝更细且不规则的纤维网，称为微梁格（microtrabecularlatticesystem，直径<6nm）。

细胞骨架蛋白在细胞运动、分裂、信息传递、能量转换、代谢调控以及纤维细胞形态方面具有重要作用。

一、微管

微管可在所有哺乳类动物细胞中存在，除了红细胞外，所有微管均由约55ku的α及β微管蛋白（tubulin）组成。它们正常时以αβ二聚体形式存在（110ku）并以头尾相连的方式聚合，形成微管蛋白原纤维（protofilament），由13根这样的原纤维构成一个中空的微管。

从各种组织中提纯微管蛋白可以发现还存在一些其他蛋白成分（5%-20%），称之谓微管相关蛋白（microtubeassociatedproteinsorMAPS’）。这些蛋白具有组织特异性，表现出从相同αβ二聚体聚合形成的微管具有独特的性质，已从人类不同组织中发现了多种α及β微管的等点异质体（variants），并追踪微管基因表现出部分基因家族，某些基因被认为是编码独特的微管蛋白。

在人类至少发现两种明显区别的α-微管蛋白及三种明显区别的β-微管基因，空们产生具有特定功能的微管蛋白mRNA，由于这些编码在结构组分上十分近似蛋白质分子，在不同组织存在多少特异性的具有差异表达的微管蛋白亚型，尚待深入研究。

二、微丝

微丝（microfilament）也普遍存在于所有真核细胞中，是一个实心状的纤维，一般细胞中含量约占细胞内总蛋白质的1%-2%，但在活动较强的细胞中可占20%-30%。

微丝的主要化学成分是肌动蛋白（actin）和肌球蛋白（myosin），如同微管蛋白，肌动蛋白的基因组成一个超家族并有多种结构极为相似的组成。在肌细胞中至少存在4种不同的肌动蛋白：①骨骼肌的条纹纤维；②心肌的条纹纤维；③血管壁的平滑肌；④胃肠道壁的平滑肌。它们在氨基酸组分上有微小的差异（大约在400个氨基酸残基序列中有4-6个变异），在肌肉与非肌细胞中都还存在β及γ肌动蛋白，它们与具有横纹的α肌动蛋白可有25个氨基酸的差异。

单体的或G-肌动蛋白可聚合为呈纤维状的F-肌动蛋白，它们可由Mg2+及高浓度的K+或Na+诱导而聚合，聚合后ATP水解为ADP及C-肌动蛋白ADP单体，而从组装成F-肌动蛋白的多聚体上游离下来。在骨骼肌肌动蛋白的细丝与肌球蛋白的粗丝相互作用产生肌收缩（肌球蛋白可以起作肌动蛋白激活的ATPase的作用）。肌球蛋白也存在于哺乳动物的非肌细胞中（但以非聚合状态存在）。

总之，微丝具有多种功能，在不同细胞的表现不同，在肌细胞组成粗肌丝、细肌丝，可以收缩（收缩蛋白），在非肌细胞中主要起支撑作用、非肌性运动和信息传导作用。

三、中间纤维

细胞骨架的第三种纤维结构称中等纤维或中间纤维（intermediatefilment,IF），又称中丝，为中空的骨状结构，直径介于微管和微丝之间，其化学组成比较复杂，在不同细胞中，成分变化较大。

免疫学试验与生物化学方法已确认动物细胞中有5种中间纤维，可见于表2-11。

表2-11 中间纤维丝蛋白的分类

中间纤维的类型	分子量（ku）	多肽数	细胞类型
波形蛋白纤维（vimentin）	54	1	成纤维细胞
			上皮细胞
			软骨细胞
			淋巴细胞
结蛋白纤维（desmin）	53	1	骨骼肌，心肌
			平滑肌
角质蛋白纤维（keratins）	40-68	19	上皮
			包括各种角蛋白丝
			（头皮，指甲等）
神经胶质蛋白纤维（glialfibrillaryacidicprotein，GFAP）	51	1	神经胶质细胞
经中等纤维	63,160,200	3	只存在于中枢神经系统、外周神经细胞的树突与轴突及核周围

以上5种中间纤维有共同的基本结构，即由311-314个氨基酸构建成一个中央α螺旋杆状区，两侧则是大小和化学组成不同的端区。端区的多样性决定了中间纤维外形和性质的差异和特异性。

表2-11中见人类角蛋白可有19种不同型别，可由双相凝胶电泳行为及氨基酸序列而区别，它们又可分为I型（1-9）、II型（10-19），它们表现组织定位的特异性。例如4、13号与食管和舌的上皮相关，3、12则和角膜相关。这5种中间纤维蛋白存在于原始的脊椎动物，可见在进化过程中具有较强的保守性。多种中间纤维蛋白的抗体目前可用于免疫组织化学方法来检测人类的癌肿，并诊断哪些细胞已转化为恶性，例如抗细胞角蛋白抗体可用于鉴别多种类型皮肤和肺部的肿瘤等。