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中性粒细胞的细胞结构

中性粒细胞
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一般形态

中性粒细胞是由造血干细胞的粒细胞系发育而来,在骨髓内成熟后即进入血循环,并可逸出血管壁进入组织或炎症部位。渗出液及体液中也有中性粒细胞,中性粒细胞占血液中白细胞总数的50%~70%,细胞质内有两类既不嗜酸也不嗜碱的颗粒。成熟中性粒细胞的直径为12~15μm,呈椭圆形或圆形,用Wright染色时呈深紫色,核-质比(N/C)较小,细胞核浓缩并凹陷形成多个核叶,核叶一般2~5个,核叶之间有染色质细丝相连。染色质凝缩成块状,分散在核内,大多与核膜紧接。细胞质中有各种细胞器:游离的核糖体、粗面内质网、线粒体和高尔基体,但均已退化。核仁小,即使用电镜也不易观察。糖原颗粒丰富,不规则地分布在细胞质中,是吞噬作用时糖酵解的能源。中性粒细胞的颗粒主要有两种,依其发育的先后分为原发颗粒或叫嗜天青蓝颗粒,继发颗粒或称特异颗粒。由于在骨髓细胞阶段不再生成原发颗粒而只生成继发颗粒,到成熟细胞时继发颗粒在数量上比原发颗粒多,约为原发颗粒的2~3倍。中性粒细胞的几何中心是中心体(centrosome)。中心体由两个四周伴有辐射状排列微管的中性粒(centriole)和高尔基体构成。核叶在中心体周围呈环状排列。中心体是细胞最刚性的部分,细胞骨架密度最高。中性粒细胞的模式图如下图所示。

 中性粒细胞模式图;1、5:嗜中性颗粒;2:微管;3:糖原颗粒;4:嗜天青蓝颗粒,断开的核叶在中心体周围;6:收缩的液胞

中性粒细胞模式图;1、5:嗜中性颗粒;2:微管;3:糖原颗粒;4:嗜天青蓝颗粒,断开的核叶在中心体周围;6:收缩的液胞

已发现中性粒细胞还存在一种三级颗粒(tertiary granule)。三级颗粒发现于中幼粒后期、晚幼粒和中性粒细胞阶段。一些学者认为三级颗粒只不过是原发颗粒或继发颗粒形态上的变种,或认为是少量单核细胞污染标本的结果。但也有证据证明,用低浓度FMLP、佛波酯和A23187刺激中性粒细胞时,有一种独立于原发颗粒和继发颗粒的细胞器分泌出来,并可迅速释放胶原酶,因此三级颗粒是存在的,并称作白明胶酶颗粒,对各种颗粒内容物也有了进一步研究。年老的中性粒细胞功能活力丧失,不易为中性红染色,在全血中为数不多而且存活时间短。中性粒细胞曾被看作是一均质的细胞群,不再合成蛋白质,而且细胞的大小,颗粒的数量相对确定。但以后的研究证明该细胞群并不是均质性的,在功能活力、吞噬杀菌、Fc受体表达、氧化活性、密度及其他特性都不是相同的,判别细胞群的均质性还须考虑成熟的差异和环境的影响。

细胞核

成熟中性粒细胞核高度浓缩。染色质内陷成块状,成为分叶核(multilobed nucleus),各核叶之间由15~30nm宽的染色质细丝相连,有时因核叶重叠不易观察到连丝。核叶一般有2~5个。Arneth认为核叶的数量反映了中性粒细胞的成熟程度或细胞年龄;有3个或4个核叶的细胞比只有2个核叶的细胞更成熟。这种观点在核染色质一次性收缩中是正确的,但核叶的形成往往需要一个过程,有可能在只形成较少核叶时细胞就进入血液循环,核叶的形成有可能继续进行。核仁很小,即使用电镜也不易辨认。在各分散的染色质块间有细丝组成的不定形物质,内含有100~30nm的颗粒,颗粒内又含有RNA和弱酸性的非组蛋白或残存的核仁。

糖原

成熟中性粒细胞的特征之一是富含糖原颗粒。用偶氮胭脂红(azocarmin)和PAS染色均呈阳性,电镜下糖原呈颗粒状,大多是直径为2nm左右的颗粒。这种颗粒与肝脏或其他组织中观察到的大型α-糖原颗粒不同,称为β-糖原颗粒。事实上α-糖原颗粒是β-颗粒的聚集体。糖原出现在中幼粒细胞阶段,随着细胞成熟而逐渐增多,由于中性粒细胞线粒体退化,因而糖原是其能源,能量由糖原经糖酵解提供。

微管

微管和微丝是中性粒细胞胞质中的重要结构,微管是一种外径为(24±2)nm、内径为(18±2)nm的中空管状结构。微管由管蛋白(tublin)构成,管蛋白是一种分子量为1900的糖蛋白,沉降系数SW•20为5. 85。管蛋白是由α亚基和β亚基形成的异二聚体,占微管总蛋白的80%~95%。管蛋白与微管相关蛋白(microtuble associating protein)聚合成原纤维(protofibril),然后由13条原纤维以右手螺旋方式围绕成中空的微管。平均每个管蛋白可结合二个GTP分子,这在管蛋白的聚合中有重要作用。秋水仙素可与管蛋白结合引起微管结构的解体。ConA可促使微管聚集,此过程可为谷胱甘肽氧化剂阻抑。微管形成的细胞骨架除了维持细胞形体外,还控制细胞器的运动,不仅如此,微管还参与中性粒细胞的游走、吞噬体的形成和黏附作用。微管和微丝协同作用还控制吞噬体和液泡在胞内的移动。

微丝

微丝(microfilament)是直径为4. 0~6. 0nm的细丝,是球形肌动蛋白(actin)的双股螺旋的聚集体,存在于中性粒细胞的胞质中。微丝参与中性粒细胞受激引起的各种运动性反应和黏附作用,以及胞质在伪足中的流动及物理状态的变化。在突起的伪足中有微丝形成的密集网络,因而产生由微丝控制的膜蛋白侧向运动和伪足的伸缩。细胞松弛素可以分解微丝,微丝还具有ATPase活性,可以促进ATP水解,为肌动蛋白收缩时提供能量。肌动蛋白与肌球蛋白(myosin)形成微丝收缩蛋白。微丝和微管是组成细胞骨架的主要成分,参与细胞的移动和细胞内的运动。除了肌动蛋白和肌球蛋白以外,胞质中还有多种参与细胞运动的蛋白分子,它们是肌动蛋白结合蛋白(actin-binding protein)、肌动蛋白抑制蛋白(profillin)、锥形蛋白(acumentin)和胶溶蛋白(gelsolin)等。这些功能蛋白参加骨架蛋白网络密集或松散的调节,从而影响胞质流动态和凝胶态以及调控伪足的伸展和收缩。

质膜

脂质

中性粒细胞质膜是典型的流动镶嵌模式结构,厚度约7. 5~10. 0nm磷脂分子以亲水性头部外向、疏水性尾部对接方式排列形成脂双层,膜蛋白以各种方式镶嵌其间,例如Na+-K+ATPase贯穿脂质层、碱性磷酸酶位于脂双层外侧,酸性磷酸酶位于脂双层内侧。膜脂主要由磷脂(35%)、甘油三酯(30%)、糖脂(16%)和胆固醇(10%)组成。磷脂包括磷脂酰胆碱(PC,12%)、磷脂酰乙醇胺(PE,12%)、鞘磷脂(SM,6. 5%)、磷脂酰丝氨酸(PS,1. 5%)和磷脂酰肌醇(PI,1. 5%),此外还有少量的磷脂酰甘油和溶血磷脂。胆固醇/磷脂克分子比约为1:4,不含中性脂肪酸,与其他血细胞相比PE较高。由于膜脂中饱和脂肪酸较高,因而刚性较好,而对水溶性物质的透性较差。

膜蛋白

中性粒细胞质膜含有丰富的膜蛋白,这与中性粒细胞行为功能复杂相适应。如各种受体蛋白、离子通道蛋白、各种膜功能酶以及与呼吸暴发作用密切相关的NADPH氧化酶亚基等。5'-核苷酸酶、碱性磷酸酶和Na+-K+ATPase均是中性粒细胞质膜的标志酶,常用以判别质膜纯化的程度。中性粒细胞膜相关蛋白根据其作用功能可以分为整合蛋白、外周蛋白和糖脂蛋白。膜蛋白可以以相同的或不同的亚基以各种方式形成受体通道和酶。膜蛋白是研究中性粒细胞多种功能的核心部分。

中性粒细胞颗粒

中性粒细胞能合成杀灭微生物的多肽和蛋白水解酶。这些酶协助杀死和消化微生物,但若释放不当就会损伤宿主,对颗粒蛋白的认知应从中性粒细胞对来自外周环境信息的感受性能相联系。另外颗粒是高度不均一性的,这有利于中性粒细胞能梯度地、定性地释放颗粒蛋白,最大限度地避免对宿主造成损伤。

根据标志酶或位于颗粒的基质和颗粒及分泌泡质膜上的其他蛋白质的特征,已发现中性粒细胞含有四种颗粒亚系,它们分别是嗜天青蓝颗粒(也称初级颗粒)、特异颗粒(也称次级颗粒)、白明胶酶颗粒和分泌型囊泡,简称分泌泡,其相应内容物列于下表中。

中性粒细胞亚系的组分

中性粒细胞亚系的组分

血液和骨髓涂片染色表明中性粒细胞在早幼粒细胞阶段就发现有髓过氧化物酶阳性的嗜天青蓝颗粒,并出现在以后分化的各个阶段。嗜天青蓝颗粒的基质中含有杀菌性蛋白和酸性水解酶,它们分别参与氧化和非氧化型杀菌。嗜天青蓝颗粒的膜上含有受体和信号传递蛋白。乳铁蛋白位于特异颗粒中,是该颗粒易于分辨的标志,特异颗粒的基质含有不同于嗜天青蓝颗粒的水解酶和维生素B12结合蛋白。特异颗粒膜含有趋化性、调理性和黏附性蛋白的受体及吞噬细胞NADPH氧化酶重要组分之一的细胞色素b。由于中幼粒细胞和中性粒细胞各个不同的分化期均呈现碱性磷酸酶染色阳性之故,曾经认为碱性磷酸酶是特异颗粒的第二种标志,但现已纠正了这种观点,实际上碱性磷酸酶存在于分泌囊泡中,是以散在的方式蕴涵在中幼粒细胞、晚幼粒细胞、杆状细胞和中性粒细胞的质膜和胞质中。分泌泡也是细胞色素b和血清调理素受体的来源。纤溶酶原激活物受体也位于中性粒细胞囊泡膜上。分泌泡实则是一高度分泌性的胞内间隔区域。在胞外低Ca2+刺激下诱导其与质膜融合,使质膜上仅有少量受体、对炎症介质和胞外基质低微反应的中性粒细胞转变为对这些有高度敏感反应的活化细胞,分泌泡为此提供了结构基础。

除了分泌泡、嗜天青蓝颗粒和特异颗粒外,最近已通过亚细胞级分技术与双标记免疫电镜联合技术鉴别了另一种亚颗粒体,这种颗粒富含白明胶酶,但不含乳铁蛋白,而且对过氧化物酶呈阴性,这种颗粒称白明胶酶颗粒,白明胶酶颗粒在促分泌剂反应时比特异或嗜天青蓝颗粒更易分泌它的内容物。根据微点阵技术和灵敏蛋白质组学对中性粒细胞颗粒的大量研究发现,曾认为是中性粒细胞特有的种种颗粒蛋白在其他类型的细胞中,首先是内皮细胞中同样也存在,因而已确认中性粒细胞和内皮细胞共同担负抗杀微生物的功能;二者的主要区别在于内皮细胞只有在感染和炎症出现时才担负“兵工厂”的任务,而中性粒细胞则可主动激活相关转录因子产生抗菌物质和蛋白水解酶储存在颗粒中以备急需时供应,也即在内皮细胞抗菌工作前中性粒细胞已开动“兵工厂”工作了。

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