第5节　细胞膜的功能与超微病理改变

在正常生命活动中细胞膜担负着许多重要的生理功能，如选择性通透作用可以保持细胞内环境的稳定，物质跨膜运输则通过主动或被动方式完成物质的转运，另外细胞膜还参与了能量转换、信息传递及细胞识别等功能。近年来，由于分子生物学、遗传学及免疫学等各个领域的飞速发展，对生物膜结构与功能的了解也越来越深入，例如对恶性肿瘤的研究，已明确了癌细胞的胞膜结构及功能与肿瘤细胞的恶性增殖及侵袭、转移有关。

一、细胞膜物质运输的作用

细胞膜作为一种界膜，是细胞与周围环境进行物质交换的屏障，选择性的通透作用是细胞膜最重要的生理特性。细胞膜通过许多机制有选择地摄取和排出某些物质以实现细胞内外环境的相对稳定，从而维持细胞膜内外离子浓度差和渗透压的平衡，例如毛细血管的通透性、血-脑屏障的选择性通透及体内水电解质的动态平衡等均与细胞膜的功能有关。

细胞膜对于绝大多数分子是不可以随便逾越的障碍，作为一种屏障，可以选择性地允许或阻止某些物质的进出。由于细胞膜的特殊结构，分子越小越容易透过细胞膜，脂溶性越大越容易透过细胞膜。此外，细胞膜的通透性还与细胞的生理状态及周围环境有关，比如环境温度的变化、酸碱度的变化、渗透压的变化及药物作用等因素均影响膜的通透性。

细胞膜的内吞作用也是细胞膜对物质转运的重要途径之一，即细胞膜通过变形运动将细胞外物质转运至细胞内，其中包括有吞噬和吞饮之分，吞噬（phagocytosis）指内吞的物质为1μ m以上的固体物质；而吞饮（endocytosis）则指内吞物质小于1μm的小分子及液态物质。与吞饮相反的运输方式为胞吐（exocytosis）作用，即将细胞内合成或代谢的产物如分泌颗粒、自噬小体、外泌体等从细胞内部运送到细胞膜外，这些胞吐颗粒膜与细胞膜融合并排出细胞的过程为胞吐。

细胞膜对物质的运输，根据是否消耗能量而分为主动运输和被动扩散，主动运输是物质从低浓度向高浓度的逆浓度梯度方向运输，这一过程需要消耗能量，比如转运钠、钾离子的离子泵（ATP酶）就是通过水解ATP提供能量来完成钠钾泵的主动转运，使细胞外高浓度的钠及细胞内高浓度的钾通过离子泵逆浓度梯度地完成主动转运，除Na-K泵之外还有钙泵等。而被动转运则是物质从高浓度一侧向低浓度处的扩散，这一过程是顺浓度梯度差方向进行的，不需要消耗能量，例如气体分子、水和脂溶性物质。

二、细胞膜调节代谢的作用

细胞膜除了对物质通透起屏障作用外，还参与细胞的各种代谢和信息传递活动。例如，细胞存在着细胞内受体及细胞外受体，根据受体所在的部位不同，其结合的信号分子不同而发挥不同的作用。例如固醇类激素为脂溶性，容易穿透细胞膜，进入细胞后与胞内受体结合，直接调节基因的转录活性；而肽类激素如神经递质则需要与细胞膜表面的受体结合，通过信号的跨膜传递作用，在细胞内产生第二信使才能起到生物学效应。细胞膜表面受体与大分子之间的相互作用是细胞之间相互识别的分子基础，其中主要与细胞膜中的糖蛋白分子有关。免疫电镜技术利用抗原-抗体特异结合的特点可以确定各种膜抗原的存在与否及其分布部位。

细胞的能量转换也是膜代谢活动的重要功能，例如线粒体可将生物能转变为化学能，而视网膜则可以将光能转换为电能及化学能。与能量转换相关的酶，均镶嵌在膜结构中。膜结构在蛋白质合成方面，可见于粗面内质网，在此处合成的蛋白质，通过内质网膜及高尔基复合体膜的作用，蛋白质进行加工、修饰、浓缩而最后分泌到细胞外。

三、细胞膜与免疫作用

细胞膜表面的抗原在遗传学方面，赋有免疫化学的特性。细胞膜表面抗原性质复杂，在种属、个体及不同型细胞之间均有特异性。细胞的识别现象在体内广泛存在，例如胞膜之间的信号传递、细胞膜的吞噬作用、细胞之间的聚集和识别异物、病原体等。

细胞表面的抗原即膜抗原，是镶嵌在胞膜中具有免疫特性的糖蛋白及糖脂。膜抗原与血型类别、肿瘤的发生及器官移植等方面有密切关系。例如组织相容性抗原，为免疫系统提供了识别的标志，在进行异体组织、器官移植时，由于组织相容性抗原不同，而由此产生的免疫反应可导致移植排斥，目前对免疫排斥的研究主要是进行组织配型，以减少免疫排斥反应，提高异体组织器官移植的成功率。

在肿瘤生物学研究中，已经明确认识肿瘤（特别是恶性肿瘤）的发生、发展与细胞膜的关系极为密切。在癌变过程中，细胞膜表面性状的异常改变与肿瘤的发生有重要关系，例如恶性肿瘤的重要特征之一就是细胞膜相互之间丧失接触抑制而生长失控；肿瘤细胞发生的侵袭及转移，与瘤细胞膜表面蛋白水解酶活性增加使瘤细胞之间的黏附性下降有关，也与细胞间连接结构的改变有关，如桥粒发育不良、桥粒连接减少或消失等。总之，肿瘤细胞胞膜出现的一系列变化，包括各种受体、抗原性及酶活性的改变等，导致细胞不能接受正常的调控，逃避宿主免疫系统的监督，使瘤细胞的生长、分裂等多方面发生异常，失去与周围组织的正常联系并发生侵袭性生长或转移至远隔部位。

四、细胞膜的超微病理改变

最常见的细胞膜超微病理变化为胞膜的通透性改变及胞膜破损，电镜下可见膜结构呈断断续续的离断状态，在胞膜破坏之处，邻近可见散落崩解的细胞器碎片。引起细胞膜损伤的原因可以有缺氧、缺血、免疫反应或各种类型的毒性物质损伤等。细胞膜损伤的早期可以修复，但随着损伤因素加重和损伤时间的延长，胞膜损伤程度加大造成大量钠离子内流而钾离子逸出，进而引起细胞变性水肿，最终导致细胞膜破裂、崩解而细胞死亡。细胞膜超微病理变化也可见于胞膜表面形态的改变，如镰状细胞贫血、遗传性球形红细胞增多症和棘状红细胞增多症等。