細胞生物學/細胞微環境的組成

細胞微環境及其與細胞的相互作用 - 細胞微環境的組成 - 細胞外基質的主要組成成分 - 細胞微環境與細胞間的相互作用 - 細胞微環境異常與疾病
在哺乳動物和人體組織中，任何一個細胞都不是孤立存在的，細胞與細胞微環境相互作用並發揮功能。細胞微環境主要由不同類型的細胞成分、細胞外基質、細胞外調節分子和液體物質組成。細胞微環境中的各種成分不僅對細胞起支持、保護、連結和營養作用，而且與細胞的增殖、分化、黏着與遷移、代謝等基本生命活動密切相關。細胞與這些相鄰結構和成分之間的信息溝通失衡，在疾病發生過程中起重要作用。

微環境的細胞成分

細胞生存的微環境中的細胞成分在不同類型的細胞中有所不同。在幹細胞微環境中主要是幹細胞龕(stem cell niche)(支持細胞，support cells)。有些組織中的未分化前體細胞（如幹細胞），其相鄰的微小血管也是細胞微環境的主要組分之一。在腫瘤細胞微環境中存在大量的間質細胞(mesenchymal cell)，包括炎性細胞、內皮細胞、脂肪細胞、腫瘤相關成纖維細胞等。間質細胞與腫瘤細胞相互作用，在促進腫瘤細胞生長、轉移的同時，也為腫瘤細胞逃避機體免疫系統的攻擊提供了必要的條件。部分間質細胞的功能出現異常後可以促進腫瘤的轉移和定植，部分可起到抗原呈遞作用，該過程需要間質細胞分泌的多種細胞因子參與。

細胞外基質

細胞外基質(extracellular matrix, ECM)是細胞微環境的核心組分，也是目前研究較清楚的細胞微環境成分。細胞外基質由細胞合成並分泌到細胞外空間，是一個由許多大分子，主要是一些蛋白和多糖或蛋白聚糖構成的精密有序的三維網狀結構。ECM的存在形式有二類：一是存在於細胞之間稱之為間質性基質；二是存在於內皮細胞和上皮細胞的基底部，稱基膜或基底膜。
ECM位於細胞周圍，是細胞賴以生存的微環境。細胞通過細胞外基質行使多種功能，兩者之間相互依存，使細胞與細胞、細胞與基膜之間緊密聯繫，構成了各種組織與器官，使之成為一個完整有機整體。研究證實，細胞外基質不僅對組織細胞起支持、保護、營養作用，而且還與細胞的增殖、分化、代謝、識別、黏着、遷移等基本生命活動密切相關。首先，ECM 中的生物大分子所構成的三維網狀結構，為細胞和組織提供結構支持。其次，ECM 還可以通過黏附受體進行信號傳導，並可以結合、儲存、釋放生長因子和其他生物活性分子。例如，在血管組織，ECM不僅僅作為結構物質支持血管的形成，也是血管生成促進因子和抑制因子的儲存場所。ECM中的生物活性分子在蛋白酶的作用下激活或釋放，作用於內皮細胞或微環境中的其他細胞。
細胞外基質的結構和功能異常，與許多病理過程有關，如組織器官纖維化、腫瘤惡變浸潤以及組織創傷修復等。

細胞外調節因子

信號分子和細胞因子是細胞微環境中重要的細胞外調節分子。信號分子是指生物體內的某些化學分子與相應的細胞受體相結合，在細胞間和細胞內傳遞信息，如激素、神經遞質、生長因子等。根據信號分子的溶解性可分為親水性和親脂性兩類。細胞因子是一類特殊的信號分子，是由免疫細胞（如單核、巨噬細胞、T細胞、B 細胞、NK 細胞等）和某些非免疫細胞（內皮細胞、表皮細胞、成纖維細胞等）分泌的一類具有廣泛生物學活性的小分子蛋白質，它們通過與相應的受體結合而發揮對細胞行為（如免疫反應、血管生成、損傷修復等）的調節作用。在腫瘤微環境中，細胞因子與其相應配體特異性結合後可導致腫瘤的發生、發展及轉移。
細胞微環境中的因子，除了有生物化學的多樣性和特異性之外，還具有生物物理學的多樣性，包括分子結構的力學特性，微環境剪切流(shear flow)等。