载体表面微拓扑结构和刚度对选择素-配体反应动力学的影响

摘要

细胞粘附对白细胞在血管内皮细胞表面滚动和肿瘤细胞转移具有重要作用。在炎症级联反应过程中，选择素-配体相互作用介导白细胞在血管内皮细胞上的拖尾与滚动过程。选择素-配体相互作用的反应动力学性质是影响这两个过程的决定因素。 在细胞粘附过程中，不仅细胞表面粘附分子结构的变化影响细胞之间的有效粘附，而且细胞表面的微拓扑结构和刚度对细胞间的有效粘附同样起着非常重要的作用，也就是说，细胞表面的微拓扑结构和刚度对细胞表面的分子间相互作用的反应动力学有很重要的影响。表达选择素、配体和其他粘附分子的细胞表面很粗糙，有许多易变形的褶皱绒毛，影响着细胞滚动的稳定性。目前关于细胞表面微拓扑结构和刚度如何影响细胞表面受体-配体相互作用的机制还不清楚，研究细胞表面微拓扑结构特性对深化认识细胞粘附、炎症级联反应、肿瘤转移等生物学过程具有重要意义。 为了研究细胞表面微拓扑结构、刚度对细胞表面受体-配体相互作用的影响，本文主要是运用微管吸吮技术和改进的生物膜力探针技术，分别采用具有不同表面微拓扑结构、刚度的载体模型，对选择素-配体的二维反应动力学进行研究。通过采用不同的蛋白包被方式，将选择素-配体包被在红细胞和微珠表面，对红细胞、HL-60细胞和微珠的表面微拓扑结构和刚度对载体表面选择素-配体相互作用的影响进行研究，应用小概率化学反应动力学随机理论对实验结果进行分析，得到反应亲和性和逆反应速率。 实验结果显示，以HL-60细胞为载体的选择素-配体逆反应速率大于以红细胞和微珠为载体的逆反应速率，红细胞与红细胞间的选择素-配体反应亲和性约是微珠与微珠的400多倍。包被受体的载体刚度影响载体间分子相互作用的反应亲和性，不影响结合的稳定性。而载体表面微拓扑结构则影响分子间的逆反应速率，从而影响分子解离和分子键的强度。Scatchard plot分析表明载体微拓扑结构和刚度主要对二维反应动力学产生影响。 该工作对于研究白细胞在血管内皮细胞表面的滚动机制提供进一步的理论基础，对生理条件下细胞粘附的研究具有重要意义。