中間纖維

中間纖維又稱中間絲（intermediate filaments，IF）直徑10nm左右，彌介於粗肌絲和細肌絲之間。中間絲蛋白的中部是由大約310個氨基酸組成的桿狀區，兩側是高度多變的N端頭部和C端尾部。 ^[1]  與微管不同的是中間纖維是最穩定的細胞骨架成分，它主要起支撐作用。中間纖維在細胞中圍繞着細胞核分佈，成束成網，並擴展到細胞質膜，與質膜相連結。 ^[1] 

中間纖維具有組織特異性，不同類型細胞含有不同IF蛋白質。腫瘤細胞轉移後仍保留源細胞的IF，因此可用IF抗體來鑑定腫瘤的來源。如乳腺癌和胃腸道癌，含有角蛋白，因此可斷定它來源於上皮組織。大多數細胞中含有一種中間纖維，但也有少數細胞含有2種以上，如骨骼肌細胞含有結蛋白和波形蛋白。

中間纖維與微管關係密切，可能對微管裝配和穩定有作用。此外，中間纖維從核纖層通過細胞質延伸，它不僅對細胞剛性有支持作用和對產生運動的結構有協調作用，而且更重要的是中間纖維與細胞分化，細胞內信息傳遞，核內基因傳遞，核內基因表達等重要生命活動過程有關。 ^[1] 

中間纖維是細胞的第三種骨架成分，由於這種纖維的平均直徑介於微管和微絲之間，故稱為中間纖維。由於其直徑約為10nm，故又稱10nm 纖維。微管與微絲都是由球形蛋白裝配起來的，而中間纖維則是由長的、桿狀的蛋白裝配的。中間纖維是三種骨架纖維中最複雜的一種。

與微管和微絲相比，中間纖維在結構和功能上至少有三方面的差異。首先，中間纖維是相當穩定的結構,即使用含有去垢劑和高鹽溶液抽提細胞，中間纖維仍然保持完整無缺。第二，中間纖維在體積上與微管和微絲是不同的，微管是直徑是24nm，微絲是7nm，而中間纖維是10nm。而且形態上也不相同，微管是由αβ微管蛋白二聚體組裝成的中空管狀結構，微絲是由肌動蛋白裝配成的右手螺旋纖維，而中間纖維的亞基是α-螺旋桿狀裝配成似桿狀的結構。 ^[1]  第三，IF的亞基並不同核苷酸結合，而微管的亞基與GTP或GDP結合，微絲的亞基則與ATP或ADP結合。但是對於中間纖維裝配的許多細節尚不清楚。

無論由一種單體蛋白組成的中間纖維，還是由兩種甚至三種不同的蛋白單體組裝而成的中間纖維，其組裝成中間纖維的過程基本相似，主要過程如下：

1. 首先由平行且相互對齊的2條多肽鏈纏繞形成雙股超螺旋二聚體（coiled-coil dimer）。此過程主要依賴於兩個中間纖維蛋白單體疏水部分的結合。

2. 兩個二聚體再以反向平行且端端對齊的方式組裝成四聚體（tetromer），即一個二聚體的頭部與另一個二聚體的尾部相連接。由於四聚體組裝過程中出現了反向平行的結構特點（這與微絲和微管的組裝方式不同），致使中間纖維的兩端對稱，從而決定了中間纖維是非極性的。

3. 每個四聚體又以頭尾相連的方式延長，進一步組裝成原絲（protofilament）。

4. 兩根原絲平行且相互纏繞，以半分子長度交錯的原則形成原纖維（protofibril），即八聚體。這種半分子長度交錯排列可能是由於各種中間纖維蛋白單體頭部有多精氨酸序列而中部非螺旋區L12具有多精氨酸結合位點所致。

5. 以四根原纖維互相纏繞盤曲，最終形成中間纖維。 ^[2] 

因此，最終形成的中間纖維在橫切面上由32個蛋白單體分子組成。組裝好的中間纖維具有多態性，最多見的是由8個四聚體或4個八聚體組裝形成的中間纖維。中間纖維蛋白的杆部組裝為中間纖維的主幹部分，形成中間纖維的核心，而非螺旋化的頭部和尾部則凸出於核心之外，這是中間纖維蛋白組裝為中間纖維所必需的物質基礎。

與微絲、微管不同，中間纖維蛋白合成後，基本上均裝配為中間纖維，遊離的單體很少。細胞內的中間纖維蛋白均受到不同程度的化學修飾，包括乙酰化、磷酸化等。

中間纖維在體外裝配時不需要核苷酸和結合蛋白，也不依賴於温度和蛋白質的濃度。但在低離子強度和微鹼性條件下，多數中間纖維可發生明顯的解聚，一旦離子強度和pH恢復到接近生理水平時，中間纖維蛋白則迅速自我組裝形成中間纖維。

在體內，大多數中間纖維蛋白都處於聚合狀態，並裝配形成中間纖維，很少有遊離的四聚體，不存在相應的可溶性蛋白庫，也沒有與之平衡的踏車行為。 ^[2] 

中間纖維結合蛋白（IF-associated protein，IFAP）是一類在結構和功能上與中間纖維密切聯繫，其本身又不是中間纖維結構組分的蛋白，具有很重要的功能，且有一定的細胞和組織特異性。IFAP可作為細胞中中間纖維超分子結構的調節者，中間纖維正常功能的發揮需要中間纖維結合蛋白的參與。

1. 聚纖蛋白（filaggrin） 　該蛋白可結合角蛋白和波形蛋白，可使角蛋白纖維聚集形成大的纖維聚集物，因其僅在角化上皮中表達，故該蛋白的表達是角質化的分化特異性標誌。

2. Triclohyallin 　可束縛角蛋白使其形成緊密結構，僅在毛囊和舌上皮細胞中表達。

3. Plankin/cytolinker類中間纖維結合蛋白 　其包括desmolykin、網蛋白 （plectin）和BPAG1（bullous pemphigoid antigen l）三種蛋白。網蛋白參與構成橋粒和半橋粒，它還可在胞質中與中間纖維結合。BPAG1定位於內側橋板，與角蛋白型中間纖維及其他中間纖維結合，將其固定在橋粒和半橋粒中，在橋粒和半橋粒中起着黏附和固定中間纖維的作用。

4. IFAP300 　其主要功能也是與角質中間纖維結合，在橋粒和半橋粒中起着與BPAGI相同的作用，即將中間纖維錨定在橋粒上。但它在生化及免疫特性等方面與網蛋白不同。

5. 其他一些具有IFAP性質的蛋白 　橋板蛋白（desmoplakin）1和2參與橋粒形成；血影蛋白及錨蛋白參與中間纖維與膜的結合；微管結合蛋白（MTP2）參與中間纖維與微管間橫橋等。 ^[2] 

由於迄今尚未找到一種對中間纖維具有特異性、可逆性影響的藥物（特異性工具藥），所以對中間纖維生物學功能的瞭解和認識並不深。隨着分子生物學及分子遺傳學研究方法的迅猛發展，特別是採用轉基因、基因剔除等方法研究中間纖維蛋白及中間纖維結合蛋白的功能後，對中間纖維的功能有了進一步的瞭解。中間纖維的功能主要表現在以下幾個方面。

（一）中間纖維功能的發揮具有時空特異性

中間纖維的形成及功能的發揮在不同種系的細胞及不同的發育時期均有所差異。如機體的上皮細胞可表達多種角蛋白，但在胚胎早期及成年人肝中，其上皮細胞僅表達一種Ⅰ型和Ⅱ型角質蛋白，而舌、膀胱和汗腺的上皮細胞則可表達6種甚至更多的角蛋白。在皮膚中則更加典型，不同層的上皮細胞可表達不同的角蛋白；利用這一特點，臨牀上可診斷腫瘤的原發部位。

（二）增強細胞的機械強度

中間纖維在受到較大的變形力時，不易斷裂，中間纖維比微管和微絲更能耐受剪切力。體外實驗證實上皮細胞、肌肉細胞和膠質細胞在失去完整的中間纖維網狀結構後，遇到剪切力時很容易破裂。如遺傳性疾病——單純性大泡性表皮鬆解症患者，由於角蛋白基因突變，表達有缺陷的角質蛋白，致使表皮基底細胞中角質蛋白纖維網絡被破壞，對機械性損傷非常敏感，輕微的擠壓就可破壞突變的基底細胞，使患者皮膚出現水泡。表明中間纖維在提供細胞機械強度方面具有重要的意義。

（三）維持細胞和組織的完整性

中間纖維在內與核表面和核基質直接聯繫，在外可與細胞膜和胞外基質直接聯繫，其與微管、微絲及其他細胞器共同形成細胞的纖維支撐網絡，可維持、固定細胞核及各種細胞器在細胞內的特定空間位置，保持細胞形態結構的完整，有利於其功能的完成。實驗證實將肝細胞CK8基因剔除或轉入突變的CK18基因，破壞了肝細胞中的中間纖維網狀結構，結果細胞變得易破裂，最終可致肝變性、損傷、感染和壞死，表明中間纖維可維持細胞的完整性。細胞分裂後，核纖層蛋白可在內質網等一些細胞質結構的參與下形成核膜，維持細胞核的完整性。中間纖維在維持組織的完整性中也具有重要作用。

（四）與DNA複製有關

中間纖維蛋白與單鏈DNA之間具有高度親和現象，提示中間纖維蛋白與DNA的複製和轉錄有關。核纖層蛋白在其他一些蛋白的協助下，可與染色質結合，其結合點可能是核基質黏附點、DNA複製位點和端粒。

（五）與細胞分化及細胞生存有關

在不同類型的細胞或細胞分化的不同階段，可有不同類型的中間纖維進行特異性表達。中間纖維與組織細胞分化關係的重要例證是表皮的分化過程。表皮細胞的分化發生在最深部的生髮層（基底層），伴隨着細胞的分化，細胞逐漸向表皮的表層方向移動，最後形成角質細胞從表皮脱落。生髮層細胞中含有前角質蛋白（prekeratin）構成的大量中間纖維束。隨着細胞分化的進展，可以分別檢出不同分化階段表達出的各種角質蛋白，當細胞分化到終末階段，細胞器及胞質中的其他蛋白均消失，只有角質蛋白中間纖維仍存在，表明它與細胞生存有關。

因為中間纖維的分佈具有嚴格的組織特異性，所以在臨牀上可通過鑑定細胞中的中間纖維的類型來鑑別腫瘤細胞的組織來源及分化，確定腫瘤的性質。

（六）與細胞的信號傳導有關

隨着細胞內信號傳導研究的深入，人們發現中間纖維在某些細胞內信號傳導過程中發揮了一定的作用。 ^[2]