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摘要：细胞骨架是细胞中广泛分布的重要亚细胞结构，本文从细胞骨架的发现历史、结构、功能及与疾病的关系等方面浅析细胞骨架，让学生更好的理解该结构与其他知识的关联，从整体上把握教材。
关键词：细胞骨架;结构;疾病
引 言
高中生物教材中有关细胞骨架的内容比较少，但随着细胞生物学的发展，发现细胞骨架与多种生命活动密切相关，如细胞分裂中纺锤体的形成、精子与卵细胞的形成与受精过程等，本文将对细胞骨架进行简单分析，让学生能更好的理解这一结构与其他知识之间的关联。
一、细胞骨架的发现历史
最开始人们认为细胞质基质是无结构的胶质态，但许多重要的生命现象如细胞运动、细胞形态的维持等都难以解释。直到1928年，Klotzoff提出细胞骨架的原始概念。1954年生物学家们在电镜下首次看到了细胞中的微管，但由于一般采用高锰酸钾或锇酸在低温下固定，细胞骨架大多被破坏。1963年，在采用戊二醛常温固定的方法后，才逐渐认识到细胞骨架的存在，细胞借以来维持其基本形态，被形象地称为细胞骨架。
长期以来，人们认为细胞骨架仅为真核生物所特有，近年来的研究发现它也存在于细菌等原核生物中。目前为止，人们已经在细菌中发现的FtsZ、MreB 和CreS依次与真核细胞骨架蛋白中的微管蛋白、肌动蛋白丝及中间丝类似[1] 。
二、细胞骨架的结构
狭义的细胞骨架指细胞质骨架，包括微丝、微管、中间纤维组成的体系。广义的细胞骨架包括细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架和胞外基质所形成的网络体系。
1.细胞质骨架
（1）微丝
由肌动蛋白螺旋聚合而成的纤丝，直径约4nm-7nm，呈球形，表面有ATP的结合为点。肌动蛋白单体一个接一个连成一串肌动蛋白链，两股链互相缠绕扭曲成一股微丝。也有研究认为微丝是由一条肌动蛋白单体链形成的螺旋，每个单体周围都有4个亚单位，呈上下及两侧排列。此外，微丝系统还包括许多微丝结合蛋白，如肌球蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白等，参与形成微丝纤维高级结构，对肌动蛋白纤维的动态装配有调节作用。
（2）微管
微管是由α微管蛋白和β微管蛋白两种亚基形成二聚体，二聚体先形成原纤维，经侧面扩展为片层，至13根原纤维时，合拢形成一段微管，呈长管状结构，直径24-26nm。不同的微管结构中包含不同的微管相关蛋白，决定了其独特的结构与功能。
（3）中间纤维
因直径介于微丝与微管之间，故命名为中间纤维，直径10nm左右。成分复杂，但具有高度同源性，都具有α螺旋区。相邻亚基的对应α螺旋区形成二聚体，两个二聚体反向或顺向平行以平头或半交叠的方式形成四聚体，四聚体首尾相连形成原纤维，8根原纤维构成一根中间纤维。含多种中间纤维结合蛋白，分布具有严格的组织特异性。
2.细胞核骨架
细胞核骨架是存在于真核细胞细胞核内的以蛋白成分为主的纤维网状体系，狭义的细胞核骨架指核基质，广义的细胞核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。
（1）核基质
成分复杂，不同细胞之间差异较大，主要由核骨架蛋白、结合蛋白及少量RNA构成，且RNA对于保持骨架的三维网络的完整性可能是必需的[2] 。研究证实，一些与DNA、RNA代謝合成密切相关的酶类、细胞周期的调控因子等紧密结合在核基质骨架体系上。
（2）核纤层
核纤层是位于细胞核内层膜下的纤维蛋白片层结构，包括纤层蛋白A、B和C，各纤维纵横排列呈纤维网络状，厚度约30-100nm，与中间纤维、核基质骨架相互连接，形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架结构体系。
（3）核孔复合体
核孔复合体是指镶嵌在核孔上的一种复杂的结构，组成的蛋白质种类多，数量多。主要有四种结构：胞质环、核质环、辐、中央栓。核孔复合体对于垂直于核膜孔中心的轴呈辐射状八重对称结构，而相对于平行核膜面则是不对称的
3.细胞膜骨架
细胞膜骨架指镶衬于质膜内表面，由一些与嵌入膜蛋白相连，且由多种蛋白纤维组成的网状结构。膜骨架一方面直接与膜蛋白结合，另一方面又能与细胞质骨架相连，主要参与维持细胞质膜的形态，并协助细胞膜完成某些生理功能。不同细胞的膜骨架，其组成成分和结构各不相同，所执行的生理功能也有一定差异。
4.胞外基质
胞外基质指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖组成的网络结构，通过质膜中中的整联蛋白将胞外与胞内连成一个整体。主要包含结构蛋白、蛋白聚糖、粘连糖蛋白等，这些蛋白的结构与功能受到糖基化、共价交联等翻译后修饰的调控。胞外基质不仅起到结构支撑的作用，而且可作为信号分子结合整合素等细胞表面受体传递信号。胞外基质网络在细胞黏附、细胞迁移、细胞周期、细胞命运决定过程起到重要调控作用，进而调控组织发育与机体稳态的建立与维持[3] 。
三、细胞骨架的功能
1.维持细胞形态
为维持细胞的形态结构提供支架作用，例如红细胞质膜的内部主要是靠以肌动蛋白纤维为主要成分的膜骨架结构维持着红细胞的结构。
2.形成构架结构
为细胞内的各种细胞器提供附着位点，将细胞内的各种细胞器组成各种不同的体系和区域网络。
3.参与细胞内运输
许多两栖类的皮肤和鱼类的鳞片中含特化的色素细胞，色素颗粒可通过细胞骨架迅速分布全身各处[4] 。
4.为细胞运动提供动力
一些细胞的运动，如变形虫假足的形成也是由细胞骨架提供机械支持;精子的游动、肌肉的收缩等。
5.与DNA的复制及基因表达有关
DNA的复制和RNA的合成都需要细胞骨架的参与[4] 。
6.参与细胞的信号转导
有些微丝结合蛋白，如纽蛋白是蛋白激酶及癌基因产物的作用底物。
7.与细胞分裂有关
细胞分裂中细胞骨架的微管通过形成纺锤体介导染色体的运动;收缩环将细胞一分为二。
四、细胞骨架与疾病
1.肿瘤
肿瘤细胞中的骨架形态上会发生一些特异性的改变，可作为肿瘤诊断的辅助指标。研究者对胃癌等9种肿瘤细胞进行了观察，发现肿瘤细胞质内免疫荧光染色的微管减少甚至缺失[5] 。中间纤维的分布具有严格的组织特异性，绝大多数肿瘤细胞在发生转移后仍表现其原发肿瘤的中间纤维类型，故可作为临床肿瘤的鉴别诊断和肿瘤细胞是否转移的判据。
2.神经性疾病
细胞骨架蛋白异常表达与多种神经系统疾病有关。如阿尔茨海默氏症患者，在脑神经元中发现有大量扭曲变形的微管和大量受损的中间纤维;肌营养不良症缺乏肌营养不良蛋白等。
3.遗传性疾病
细胞骨架蛋白的基因发生突变会引起遗传病的发生，如单纯性疱性表皮松懈症是由角蛋白突变所致;纤毛不动综合征、弱精症等。
参考文献：
[1] 陈晓燕、汪志平、杨灵勇：《原核细胞骨架蛋白的结构与功能》，细胞生物学杂志，2006年05期，28：699-703。
[2] Berezney，R.&D.S.Coffey，J.Cell Biol.，1977，73：616-637。
[3] 武越歆、葛高翔：胞外基质的结构与功能中国细胞生物学学报。
[4] 翟中和、王喜忠、丁明孝：细胞生物学（第四版），高等教育出版社，2011。
[5] 胡火珍、梁素华《医学生物学》第8版，科学出版社，2015年1月。
作者简介：
刘楠乔（1985-），性别：男，汉族：汉 学历：研究生 职称：中学一级教师。
（作者单位：安徽省宿松中学）
关键词：细胞骨架;结构;疾病
引 言
高中生物教材中有关细胞骨架的内容比较少，但随着细胞生物学的发展，发现细胞骨架与多种生命活动密切相关，如细胞分裂中纺锤体的形成、精子与卵细胞的形成与受精过程等，本文将对细胞骨架进行简单分析，让学生能更好的理解这一结构与其他知识之间的关联。
一、细胞骨架的发现历史
最开始人们认为细胞质基质是无结构的胶质态，但许多重要的生命现象如细胞运动、细胞形态的维持等都难以解释。直到1928年，Klotzoff提出细胞骨架的原始概念。1954年生物学家们在电镜下首次看到了细胞中的微管，但由于一般采用高锰酸钾或锇酸在低温下固定，细胞骨架大多被破坏。1963年，在采用戊二醛常温固定的方法后，才逐渐认识到细胞骨架的存在，细胞借以来维持其基本形态，被形象地称为细胞骨架。
长期以来，人们认为细胞骨架仅为真核生物所特有，近年来的研究发现它也存在于细菌等原核生物中。目前为止，人们已经在细菌中发现的FtsZ、MreB 和CreS依次与真核细胞骨架蛋白中的微管蛋白、肌动蛋白丝及中间丝类似[1] 。
二、细胞骨架的结构
狭义的细胞骨架指细胞质骨架，包括微丝、微管、中间纤维组成的体系。广义的细胞骨架包括细胞质骨架、细胞核骨架、细胞膜骨架和胞外基质所形成的网络体系。
1.细胞质骨架
（1）微丝
由肌动蛋白螺旋聚合而成的纤丝，直径约4nm-7nm，呈球形，表面有ATP的结合为点。肌动蛋白单体一个接一个连成一串肌动蛋白链，两股链互相缠绕扭曲成一股微丝。也有研究认为微丝是由一条肌动蛋白单体链形成的螺旋，每个单体周围都有4个亚单位，呈上下及两侧排列。此外，微丝系统还包括许多微丝结合蛋白，如肌球蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白等，参与形成微丝纤维高级结构，对肌动蛋白纤维的动态装配有调节作用。
（2）微管
微管是由α微管蛋白和β微管蛋白两种亚基形成二聚体，二聚体先形成原纤维，经侧面扩展为片层，至13根原纤维时，合拢形成一段微管，呈长管状结构，直径24-26nm。不同的微管结构中包含不同的微管相关蛋白，决定了其独特的结构与功能。
（3）中间纤维
因直径介于微丝与微管之间，故命名为中间纤维，直径10nm左右。成分复杂，但具有高度同源性，都具有α螺旋区。相邻亚基的对应α螺旋区形成二聚体，两个二聚体反向或顺向平行以平头或半交叠的方式形成四聚体，四聚体首尾相连形成原纤维，8根原纤维构成一根中间纤维。含多种中间纤维结合蛋白，分布具有严格的组织特异性。
2.细胞核骨架
细胞核骨架是存在于真核细胞细胞核内的以蛋白成分为主的纤维网状体系，狭义的细胞核骨架指核基质，广义的细胞核骨架包括核基质、核纤层和核孔复合体。
（1）核基质
成分复杂，不同细胞之间差异较大，主要由核骨架蛋白、结合蛋白及少量RNA构成，且RNA对于保持骨架的三维网络的完整性可能是必需的[2] 。研究证实，一些与DNA、RNA代謝合成密切相关的酶类、细胞周期的调控因子等紧密结合在核基质骨架体系上。
（2）核纤层
核纤层是位于细胞核内层膜下的纤维蛋白片层结构，包括纤层蛋白A、B和C，各纤维纵横排列呈纤维网络状，厚度约30-100nm，与中间纤维、核基质骨架相互连接，形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架结构体系。
（3）核孔复合体
核孔复合体是指镶嵌在核孔上的一种复杂的结构，组成的蛋白质种类多，数量多。主要有四种结构：胞质环、核质环、辐、中央栓。核孔复合体对于垂直于核膜孔中心的轴呈辐射状八重对称结构，而相对于平行核膜面则是不对称的
3.细胞膜骨架
细胞膜骨架指镶衬于质膜内表面，由一些与嵌入膜蛋白相连，且由多种蛋白纤维组成的网状结构。膜骨架一方面直接与膜蛋白结合，另一方面又能与细胞质骨架相连，主要参与维持细胞质膜的形态，并协助细胞膜完成某些生理功能。不同细胞的膜骨架，其组成成分和结构各不相同，所执行的生理功能也有一定差异。
4.胞外基质
胞外基质指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖组成的网络结构，通过质膜中中的整联蛋白将胞外与胞内连成一个整体。主要包含结构蛋白、蛋白聚糖、粘连糖蛋白等，这些蛋白的结构与功能受到糖基化、共价交联等翻译后修饰的调控。胞外基质不仅起到结构支撑的作用，而且可作为信号分子结合整合素等细胞表面受体传递信号。胞外基质网络在细胞黏附、细胞迁移、细胞周期、细胞命运决定过程起到重要调控作用，进而调控组织发育与机体稳态的建立与维持[3] 。
三、细胞骨架的功能
1.维持细胞形态
为维持细胞的形态结构提供支架作用，例如红细胞质膜的内部主要是靠以肌动蛋白纤维为主要成分的膜骨架结构维持着红细胞的结构。
2.形成构架结构
为细胞内的各种细胞器提供附着位点，将细胞内的各种细胞器组成各种不同的体系和区域网络。
3.参与细胞内运输
许多两栖类的皮肤和鱼类的鳞片中含特化的色素细胞，色素颗粒可通过细胞骨架迅速分布全身各处[4] 。
4.为细胞运动提供动力
一些细胞的运动，如变形虫假足的形成也是由细胞骨架提供机械支持;精子的游动、肌肉的收缩等。
5.与DNA的复制及基因表达有关
DNA的复制和RNA的合成都需要细胞骨架的参与[4] 。
6.参与细胞的信号转导
有些微丝结合蛋白，如纽蛋白是蛋白激酶及癌基因产物的作用底物。
7.与细胞分裂有关
细胞分裂中细胞骨架的微管通过形成纺锤体介导染色体的运动;收缩环将细胞一分为二。
四、细胞骨架与疾病
1.肿瘤
肿瘤细胞中的骨架形态上会发生一些特异性的改变，可作为肿瘤诊断的辅助指标。研究者对胃癌等9种肿瘤细胞进行了观察，发现肿瘤细胞质内免疫荧光染色的微管减少甚至缺失[5] 。中间纤维的分布具有严格的组织特异性，绝大多数肿瘤细胞在发生转移后仍表现其原发肿瘤的中间纤维类型，故可作为临床肿瘤的鉴别诊断和肿瘤细胞是否转移的判据。
2.神经性疾病
细胞骨架蛋白异常表达与多种神经系统疾病有关。如阿尔茨海默氏症患者，在脑神经元中发现有大量扭曲变形的微管和大量受损的中间纤维;肌营养不良症缺乏肌营养不良蛋白等。
3.遗传性疾病
细胞骨架蛋白的基因发生突变会引起遗传病的发生，如单纯性疱性表皮松懈症是由角蛋白突变所致;纤毛不动综合征、弱精症等。
参考文献：
[1] 陈晓燕、汪志平、杨灵勇：《原核细胞骨架蛋白的结构与功能》，细胞生物学杂志，2006年05期，28：699-703。
[2] Berezney，R.&D.S.Coffey，J.Cell Biol.，1977，73：616-637。
[3] 武越歆、葛高翔：胞外基质的结构与功能中国细胞生物学学报。
[4] 翟中和、王喜忠、丁明孝：细胞生物学（第四版），高等教育出版社，2011。
[5] 胡火珍、梁素华《医学生物学》第8版，科学出版社，2015年1月。
作者简介：
刘楠乔（1985-），性别：男，汉族：汉 学历：研究生 职称：中学一级教师。
（作者单位：安徽省宿松中学）