吞噬作用與內吞作用［細胞生物學］
發布時間：2011-10-18 共1頁
吞噬作用與內吞作用（endocytosis）
細胞通過胞吐作用將細胞內的物質運送到細胞外，又通過內吞作用將細胞外的營養物質等攝取到細胞內以維持正常的代謝活動。細胞的內吞有兩種類型， 一種是吞噬細胞完成的對有害物質的吞噬， 另一種類型是通過細胞質膜受體介導的對細胞外營養物質的內吞。
■ 吞噬作用（phagocytosis）
又稱胞吃作用（cellular eating）。吞噬作用只限于幾種特殊的細胞類型，如變形蟲（Amoebae）和一些單細胞的真核生物通過吞噬作用從周圍環境中攝取營養。
在大多數高等動物細胞中， 吞噬作用是一種保護措施而非攝食的手段。高等動物具有一些特化的吞噬細胞， 包括巨噬細胞（macrophages）和中性粒細胞（neutrophils）。它們通過吞噬菌體攝取和消滅感染的細菌、病毒以及損傷的細胞、衰老的紅細胞（圖9-55）。
圖9-55 巨噬細胞正在吞噬衰老的紅細胞
■ 吞飲作用（pinocytosis）
又稱胞飲作用（cellular drinking）， 胞吞作用的一種類型。它是一種非選擇性的連續攝取細胞外基質中液滴的內吞過程。吞入的物質通常是液體或溶解物。所形成的小囊泡的直徑小于150nm.根據細胞外物質是否吸附在細胞表面，將胞飲作用分為兩種類型：液相內吞（fluid-phase endocytosis）和吸附內吞（absorption endocytosis）。
■ 受體介導的內吞作用（receptor-mediated endocytosis）
一種特殊類型的內吞作用，主要是用于攝取特殊的生物大分子。
● 吞入的物質
大約有50種以上的不同蛋白，包括激素、生長因子、淋巴因子和一些營養物都是通過這種方式進入細胞（表9-9）。
表9-9 通過受體介導的內吞作用進入細胞的配體
| 激素（hormones） |
| 胰島素（insulin） |
| 黃體生成素（luteinizing hormone,LH） |
| 促卵泡激素（follicle-stimulating hormone,FSH） |
| 生長激素（growth hormone） |
| 催乳素（prolactin） |
| 生長因子（growth factors） |
| 表皮生長因子（epidermal growth factor） |
| 血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor） |
| 轉化生長因子（transforming growth factor） |
| 神經生長因子（nerve growth factor） |
| 淋巴因子（lymphokines） |
| 白細胞介素（interleukins） |
| 腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor） |
| 干擾素（interferon） |
| 集落刺激因子（colony stimulating factor） |
| 營養物（nutrients） |
| 低密度脂蛋白（LDL，cholesterol） |
| 轉鐵蛋白（transferrin，iron） |
● 配體（ligand）
同受體結合的物質稱為配體（ligand）。配體可分為四大類：Ⅰ。營養物， 如轉鐵蛋白、低密度脂蛋白（LDL）等； Ⅱ。有害物質， 如某些細菌； Ⅲ。免疫物質， 如免疫球蛋白、抗原等； Ⅳ。信號物質， 如胰島素等多種肽類激素等。
● 受體介導內吞的基本特點有兩個特點： ①配體與受體的結合是特異的， 具有選擇性； ②要形成特殊包被的內吞泡。將成纖維細胞培養在加有轉鐵蛋白-鐵標記的低密度脂蛋白（LDL）的培養基中，可清楚地觀察到這一過程（圖9-56）。
圖9-56 低密度的脂蛋白（LDL）經受體介導的內吞作用的起始階段的電鏡照片
圖中所示是培養的成纖維細胞質膜對LDL的內吞作用。LDL顆粒與含鐵的轉鐵蛋白共價相連， 電子顯微鏡下所見的黑點是小分子的鐵。（a）LDL與細胞表面的受體結合并形成有網格蛋白包被的小窩；（b） 含有LDL的被膜小窩向下凹陷逐漸形成被膜小泡；（c） 含有轉鐵蛋白標記的LDL被膜小泡；（d）含有轉鐵蛋白標記的LDL顆粒的無被小泡（初級內體）。
●基本過程
大致分為四個基本過程∶①配體與膜受體結合形成一個小窩（pit）； ② 小窩逐漸向內凹陷，然后同質膜脫離形成一個被膜小泡；③ 被膜小泡的外被很快解聚， 形成無被小泡， 即初級內體；④ 初級內體與溶酶體融合，吞噬的物質被溶酶體的酶水解（圖9-57）。
圖9-57 受體介導的內吞作用
■ 受體介導的內吞泡的命運
在受體介導的內吞作用中，隨內吞泡進入細胞內的物質可分為三大類∶配體（獵物）、受體和膜組分， 它們進入細胞后的命運如何呢？
●配體和受體的命運
在受體介導的內吞中，配體基本被降解， 少數可被利用。大多數受體能夠再利用， 少數受體被降解。通常受體有四種可能的去向（圖9-58）。
●膜成分的命運
被內吞進來的膜成分有三種可能的去向（圖9-58）。
圖9-58 受體介導的內吞作用所涉及的途徑
受體介導的內吞中， 內吞泡中的配體、受體和膜成分的去向如何？
■ 受體介導的低密度脂蛋白（low-density lipoprotein， LDL）內吞作用
● LDL的結構
LDL是一種球形顆粒的脂蛋白（圖9-59），直徑為22nm， 核心是1500個膽固醇酯；外面由800個磷脂和500個未酯化的膽固醇分子包裹，由于外被脂分子的親水頭露在外部，使LDL能夠溶于血液中；最外面有一個相對分子質量為55 kDa的蛋白，叫輔基蛋白B――100（apolipoprotein B-100）， 它能夠與特定細胞的表面受體結合。
圖9-59 LDL顆粒結構示意圖
（a）由磷脂和未酯化的膽固醇單層構成LDL的外膜結構， 在外膜上結合一個親水的apo-B蛋白，該蛋白可以介導LDL與細胞表面的受體結合。（b）四種類型脂蛋白的電鏡照片
●LDL受體蛋白
LDL受體蛋白是一個單鏈的糖蛋白，由839個氨基酸組成，跨膜區由22個疏水的氨基酸組成，為單次跨膜蛋白。LDL受體蛋白合成后被運輸到細胞質膜，即使沒有相應配體的存在， LDL受體蛋白也會在細胞質膜集中濃縮并形成被膜小窩，當血液中有LDL顆粒，可立即與LDL的apoB-100結合形成LDL-受體復合物。
●LDL的內吞
一旦LDL與受體結合，就會形成被膜小泡被細胞吞入，接著是網格蛋白解聚， 受體回到質膜再利用， 而LDL被傳送給溶酶體， 在溶酶體中蛋白質被降解， 膽固醇被釋放出來用于質膜的裝配， 或進入其他代謝途徑（9-60）。
圖9-60 受體介導的LDL內吞過程
簡述LDL經受體介導的內吞作用被吞入細胞和被利用過程。
● LDL與HDL的關系
LDL不是血液中惟一的膽固醇運輸劑， HDL也有類似的結構和功能， 但含有不同的蛋白質具有不同的生理作用。LDL主要是將肝組織的膽固醇運向身體其他部位的細胞。而HDL則沿相反方向運輸，即從身體其他部位將膽固醇運向肝組織，通過內吞作用被吸收并作為膽汁分泌出去。血液中LDL的升高會增加心臟病的危險性，但是血液中HDL的水平提高就會降低這種危險性，因為它可以通過肝來降低血液中的LDL水平。
● LDL與動脈粥樣硬化
血液中LDL的水平與動脈粥樣硬化（動脈變窄）有極大的關系。動脈阻塞是一個復雜的、尚不十分清楚的過程， 其中也包括血管內壁含有LDL血斑的沉積。動脈粥樣硬斑不僅降低血液流通，也是血凝塊形成的部位， 它可阻塞血管中血液的流通。在冠狀動脈中形成的血凝塊會導致心肌梗塞。LDL受體缺陷是造成血液中LDL水平升高的主要原因。
■ 鐵離子的內吞運輸
鐵是細胞內的金屬離子， 對細胞的生命活動具有重要作用， 它是通過轉鐵蛋白和受體介導的內吞作用被輸入細胞的。
● 轉鐵蛋白（transferrin）
轉鐵蛋白是細胞中鐵結合蛋白， 負責將肝組織（是鐵貯藏的主要場所）和腸組織的鐵向其它細胞的運輸。沒有結合鐵的轉鐵蛋白稱作脫鐵轉鐵蛋白（apotransferrin）， 它能夠緊緊結合兩個Fe3+， 此時稱為鐵結合轉鐵蛋白（ferrotransferrin）。
● 鐵的運輸
所有生長中的細胞表面都有鐵結合轉鐵蛋白的受體，在中性pH條件下與鐵結合轉鐵蛋白與鐵結合， 然后通過內吞作用進入細胞。在細胞內，在內體的酸性環境中， 轉鐵蛋白釋放出鐵， 但是轉鐵蛋白仍然同膜受體結合， 并與受體一起回到質膜；當細胞外環境變成中性時， 轉鐵蛋白同受體脫離，并自由地結合鐵， 然后又開始新一輪循環。實際上， 轉鐵蛋白穿梭于細胞外液體和內體之間， 避開了溶酶體， 快速傳遞細胞生長所需的鐵（圖9-61）。
圖9-61 生長細胞中轉鐵蛋白的循環
■ 轉胞吞作用（transcytosis）
轉胞吞作用是一種特殊的內吞作用，受體和配體在內吞中并未作任何處理，
只是經細胞內轉運到相反的方向， 然后通過胞吐作用， 將內吞物釋放到細胞外，這種內吞主要發生在極性細胞中，如抗體轉運到血液和奶汁就是這種運輸（圖9-62）。
圖9-62 母體IgG免疫球蛋白跨過新生鼠表皮細胞的轉胞吞作用
配體跨細胞的轉運同時涉及胞吞作用與胞吐作用。在新生的小鼠中， 腸腔內的pH=6，而表皮的相對一側（朝向血管）的pH=7，表皮細胞質膜上的Fc受體在pH=6或更低時與IgG的Fc結合， 在pH=7時不能結合。在腔面形成的含有Fc受體-IgG復合物的內吞體跨細胞移動并與基膜融合，釋放出IgG，卸載的受體通過轉胞吞作用回到原來的質膜。
