表面波天线 [细胞表面的信息天线]
摘要 细胞膜表面的糖被即糖蛋白是由寡糖链与肽链中的一定氨基酸残基以糖苷键共价连接而成。糖蛋白参与的生理功能包括分子识别、免疫反应、神经冲动的传导、激素受体和CAMP的代谢调节作用、血型抗原和酶等。糖蛋白与很多疾病如感染、肿瘤、心血管病、肝病、肾病、糖尿病以及某些遗传性疾病等的发生、发展有关。细胞表面的糖蛋白可“脱落”到周围环境或进入血循环，它们可以作为异常的标志为临床诊断提供信息。
关键词 糖被 糖蛋白 分子识别
中图分类号 Q41
文献标识码 E
文件编号 1003－7586(2011)03－0003－02
动物和人体细胞膜的外表有一层糖蛋白构成的外被，称为糖被或糖萼。糖被是细胞与外界沟通的重要信号分子，糖链的糖基种类和数目、排列顺序和分枝形式、糖链的长短及结合部位的差异，均构成了生物信号，传递着细胞对外界刺激的信息，是细胞间信息交流的“天线”，在细胞生命活动中具有某些十分重要的特殊功能，因此对糖被的研究是目前国内外颇为活跃的领域。
1 细胞膜表面糖蛋白的组成
糖蛋白分子的种类很多，分子大小悬殊很大，相对分子质量可从15000到1010以上。糖蛋白的糖链是由9种单糖基组成的寡糖，这9种单糖是：D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、L-岩藻糖、L-阿拉伯糖、D-木糖、N-乙酰-D-葡糖胺、N-乙酰-D-半乳糖胺和N-乙酰神经氨酸(又称唾液酸)。糖蛋白的寡糖链一般由十几个单糖组成，最多不超过25个。糖蛋白中的糖含量变化很大，少的在1％以下，多则可超过60％，寡糖链以其还原端同蛋白质部分的氨基酸相连。
2 细胞膜表面糖蛋白的功能
细胞膜上的糖蛋白在细胞生理活动和细胞间期相互作用方面有许多重要功能，主要是分子识别、免疫反应、神经冲动的传导、激素受体和cAMP的代谢调节作用、血型抗原和催化作用。
2.1分子识别
各种细胞的细胞外被寡糖链，单糖顺序有一定的编排次序，在细胞表面上组成分子密码。特定的单糖顺序像“指纹”一样，具有各种细胞的特征。这种分子密码在细胞间建立了识别关系，分子识别是细胞识别和细胞通讯的基础。细胞识别无论对于个体发生还是成体生命活动的维持都具有决定性意义。例如，同种受精决定于精子表面和卵透明带糖蛋白结构的相互识别。细胞表面糖蛋白还参与早期胚胎发育过程中内细胞团及滋养层的形成及随后组织、器官形成过程中同类细胞在识别基础上所发生的聚集。胚胎发育需全能细胞进行分化。通过细胞迁移及生物识别，相同的细胞在一定部位聚集成团，最后发展为特定的器官。这些过程依赖于特异性的细胞识别及选择性的细胞粘合。糖蛋白糖链是细胞识别及黏合的分子依据。在结构多样的糖链中存贮着足够的各种识别信息。抑制糖蛋白糖链的生物合成，则胚胎发育中止。在胚胎发育的不同阶段及细胞增殖的不同时期细胞表面糖蛋白不断发生改变。
2.2免疫反应
动物细胞表面具有遗传特征分子，称为组织相容性抗原，其化学成分为糖蛋白，在结构上类似于免疫细胞受体。人细胞表面的糖蛋白称为HLA抗原，HLA抗原具有家族特征，家族之外没有完全相同的HLA抗原。HLA抗原可为免疫系统提供识别标志，显示出细胞表面类型，便于机体把外来细胞甚至癌细胞与自身正常细胞区别开来，加以消灭。
2.3神经冲动的传递
神经兴奋在神经元之间和神经元与肌细胞之间传递时，要通过神经递质――乙酰胆碱的介导。乙酰胆碱存在于神经末梢的突触小泡中，神经细胞兴奋时突触小泡同神经末梢的细胞膜(突触前膜)融合，将乙酰胆碱释放到突触间隙，在突触后膜和肌细胞的肌膜上有乙酰胆碱的受体。乙酰胆碱受体是由5～6个亚基组成的糖蛋白，当它同乙酰胆碱结合时可发生构象变化，导致Na+、K+、Ca2+离子涌入细胞内，使神经膜或肌膜去极化，进而使神经冲动传递下去或引起肌纤维收缩。膜上还有乙酰胆碱酯酶，可迅速分解释放出乙酰胆碱，从而使乙酰胆碱受体恢复原来的构象，膜亦恢复原来的屏障状态。
2.4激素受体和cAMP的代谢调节作用
各种激素均有特定的靶细胞，某种激素的靶细胞具有该种激素的专一受体。含氮激素，如胰岛素、肾上腺素、胰高血糖素、甲状腺素等，其受体即是存在于细胞膜上的糖蛋白。这类激素对细胞代谢的调节作用要通过几种整合膜蛋白的相互作用和cAMP的介导。激素分子作为一种信号(第一信使)作用于靶细胞。细胞膜中的专一受体同激素分子结合后发生构象变化，引起了一系列变化，激活位于细胞膜内表面的腺苷酸环化酶分子，导致胞内产生了新的信号――第二信使。cAMP是起第二信使作用的一种物质，结果使胞外信息转变为胞内调节信号，在不同的细胞内引起不同的反应，例如在肝细胞内则引起糖原分解，在甲状腺细胞内则引起甲状腺素的分泌，而在肾小管中则引起质膜对水的通透性降低。一旦膜外第一信使的浓度下降，第一信使即与靶细胞受体解离，腺苷酸环化酶失活，cAMP形成就减少。
2.5血型抗原
在红细胞膜上有一种称为血型糖蛋白的整合蛋白质，起到血型抗原的作用。血型糖蛋白的蛋白质部分为一条多肽链，含有131个氨基酸残基，多肽链的氨基端由亲水性氨基酸残基组成，从细胞表面向外伸出。多肽链的中段由疏水性氨基酸残基组成，嵌合在细胞膜脂双层中。多肽链的羧基端亦为亲水性的，从细胞膜内表面深入细胞质中，血型糖蛋白的氨基端连接有16条寡糖链分支，每一条是由11～13个单糖组成。组成寡糖链的糖基具有特定的结构顺序。无论是ABO血型还是MN血型都是由血型糖蛋白决定的。ABO血型的分型是由寡糖链的结构所决定的，A型血的寡糖链末端糖基为N-乙酰半乳糖胺。而B型血则为半乳糖，O型血则没有这两种单糖。血型糖蛋白亦是某些病毒的结合部位和某些凝集素如植物凝集素、麦胚凝集素等的受体。血型糖蛋白是一种跨膜整合蛋白，它可把环境刺激信息穿膜传递到细胞中，影响着细胞的生长和分裂活动。糖蛋白的寡糖链对效应物有识别作用，因而细胞表面的寡糖链有“信息天线”之称。
2.6催化作用
细胞外被中有的糖蛋白具有酶的活性，例如小肠上皮细胞游离端上的糖萼与小肠的消化作用有关，有一些外被糖蛋白即是消化酶，如碱性磷酸酶、氨基肽酶和二糖酶等，糖萼内含有可消化碳水化合物和蛋白质的各种酶。
3 糖蛋白的变化和疾病的关系
现在研究证明人体有很多疾病的发生和细胞膜表面的糖蛋白的变化有关系。
聚糖结构变化和癌症的关系：
1969年，Meezan等在研究成纤维细胞的癌变过程中，首次提出在肿瘤细胞的形成过程中存在聚糖结构的改变。随后，通过凝集素特异性目前对于肝癌以及其他肿瘤相关结合正常和癌变细胞聚糖的方法也证实了上述结论，越来越多的证据表明：聚糖在表达水平上的差异和特殊糖基结构的出现与肿瘤细胞的侵袭和转移有密切关系。肝癌则是癌症致死的第2位杀手，在肝病的癌变过程中同样伴有聚糖结构和功能的改变。甲胎蛋白(AFP)是一种癌胚糖蛋白，在23天冬酰胺处含有一条N-糖链。近来，与小扁豆集素(LCA)结合的AFP-L3成为检测肝癌的重标志，AFP-L3实际上反映了AFP核心岩藻糖变化，N-乙酰葡糖胺(GlcNAc)上。
染色体异常的先天性糖蛋白糖基化缺陷，可累及多个脏器，如神经、造血、消化和生殖系统等，从而引起多种多样的临床表现，如胎儿水肿、性腺发育不良、高胰岛素血症、胃肠系统异常、心肌病先天性肾病综合征等。
4 糖蛋白的医学应用
细胞表面的糖蛋白可“脱落”到周围环境或进入血循环，它们可以作为异常的标志为临床诊断提供信息；患某些疾病时体液中的糖蛋白亦常有特异性或强或弱的改变，这可有助于诊断或预后的判断。糖蛋白还日益介入治疗。例如，针对特定细胞表面特异性糖结构的抗体可作为导向治疗药物的定向载体。利用糖类(单糖、寡糖或糖肽)抗感染及抗肿瘤转移也已崭露头角。