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【摘要】 目的 从红细胞膜角度探讨红细胞的可变形性机制与调整机制的有关因素;方法 分析近年来国内外有关红细胞膜的表面超精细结构研究情况，讨论影响红细胞膜流动性的细胞膜载体与膜离子通道等问题。结果 对于红细胞的分子结构、蛋白质的变构等精细变化观测显示红细胞膜上钙离子等离子通道在细胞信号传导方面具有重要作用，需要做进一步的有关功能性研究确定钙离子通道位点的生理性角色。结论 细胞膜表面超精细结构研究技术在今后基础、临床与药理学研究工作中具有广阔的应用前景，对阐明激光生物作用机制、中医血瘀证的特异性微观辨证指标以及中药细胞药效学等方面的深入研究提供了可能途径。
关键词 红细胞膜 超精细结构 流变性 激光生命学 中医药
Research on the erythrocyte membrane and the application in blood fluidity field
Zhao Yanping
Photonic Chinese Medicine Lab. School for Information and Optoelectronic Science and Engineering，China South China Normal University，Guangzhou510631.
【Abstract】 Objective To discuss the mechanism of erythrocyte’s deformability and the infulences to adjust the deformability process. Methods Analyses were given on research on microstructure on erythrocyte membrane’s surface. It also was dicussed about the researchs on erythrocyte membrane vectors and membrane ionic channles related with the erythrocyte membrane’s fluidity. Results It was shown that erythrocyte membrance ionic channles，special the calcium ionic channel，were shown to be important with the cellular microstructure observation on the molecule structrue and protein allosterism. Functional research would be carried out to difinite the calcium ions channle’s physical role. Conclusion Microstructure observation has a bright future in the bascial，clinical and pharmacology research，which can be preferred in researches on laser-biotics mechism，Xueyu syndrom research and Chinese herb’s cellular pharmacology medicine in the future.
Key words erythrocyte membrane microstructure fluidity laser-biotics Chinese medicine
血液是人体机体各种组织和器官输送氧气和营养物质以及清除代谢产物维持细胞正常生理功能的重要物质，其中，血中的红细胞是一个直径为7～8μm的双层凹面细胞，可以携带氧，为体内重要的气体交换单元。红细胞变形能力，即红细胞变形性，对正常的微循环血流起着至关重要的作用。临床研究发现，冠心病、心肌梗死、脑血栓形成、高血压病、糖尿病、血液病、肝病、外围血管病和恶性肿瘤等多种疾病的患者不同程度存在着红细胞流变学的恶化［1］。因此，研究红细胞的可变形性及其调整机制，对于了解疾病的病理生理过程、临床药物治疗作用等方面，具有重要的意义。
1 影响红细胞流变性的红细胞膜有关研究
人体正常红细胞由脂质双层结构的细胞膜和主要由血红蛋白及骨架蛋白构成的胞浆构成。其中，细胞膜是红细胞实现其生理功能的重要部位，膜的生理状态受到流变环境与膜受体的调控和疾病的影响。红细胞变形性除受外界因素如血液流动切变率、介质粘度、渗透压及pH值等的影响外，主要决定于细胞自身的三个内在因素包括:红细胞膜的粘弹性、红细胞的几何形状及红细胞内液的粘度。
红细胞膜呈现液态镶嵌结构，脂双层表现出流动性，其对于红细胞的变形能力具有重要的意义［2］。有些膜蛋白分子以镶嵌的形式存在于或穿越脂双层，并具有传递信息和维持细胞形态等多种功能，对戊二醛等不同试剂与红细胞膜相互作用的实验结果显示:膜蛋白结构的任何一种变化均可导致脂膜流动性的下降［3］，进一步证明了红细胞膜蛋白与脂双层共生存以及相互影响的关系，某些改变细胞膜脂流动性的外来因素有可能先作用与膜蛋白，通过膜蛋白的改变导致脂双层的流动性。
新近国内外有关红细胞膜的表面超精细结构的研究包括了红细胞膜流动性、膜载体与膜离子信道等各方面，涉及到信息和分子识别传导的有关问题。有关的研究揭示红细胞膜流动性的改变将影响膜Na+-K+-ATP酶及Ca2+-ATP酶的活性，使膜骨架蛋白亚基上丝氨酸残基及胞内钙离子浓度发生变化，导致红细胞变形性改变，膜流动性降低，细胞变形性差［4］。表明对于红细胞膜上相关通道尤其是钙离子通道是红细胞信号传导的一个重要的研究内容。
2 钙离子与红细胞膜相关通道的相关研究
红细胞为血液中含量最多的一种无核细胞，细胞内缺乏线粒体、内质网等富含钙的细胞器，其胞浆游离钙浓度的变化能够较好的反映细胞内外钙离子的运转情况［5］。以往的研究重点对钙离子对红细胞变形性内因如细胞体积与表面积比，细胞内粘度、细胞膜机械特性和膜蛋白的影响进行了研究。相关的实验结果表明使用离子载体阻断剂并增加细胞内钙离子的浓度的条件下，红细胞的体积会减小，变形能力下降，并进一步推动盘状红细胞向棘状红细胞转变。表明钙的积累而造成膜机械特性的改变［6］。可能的机制在于在此作用条件下，粘附在细胞膜上的血红蛋白增多，并导致膜硬度增大，是影响细胞的流变特性的因素之一［7］。
红细胞膜中央存在一个疏水区，钙离子很难通过，从而维持了细胞内外钙离子的浓度差，钙离子在通过细胞膜时，须靠特定的载体配合物在膜内运动实现这一过程。这样的载体分为信道载体与离子载体两部分，其中离子载体的功能在于选择性地与钙离子形成外部亲脂的配合体或复合物，并把他们从膜的一侧转移到另一侧，在这一过程中并不改变膜的性质。正常红细胞内钙离子维持在一个较低的浓度（0.1～1.0μmol/L），当由于某种原因使细胞内钙离子浓度升高后，将发生一系列复杂的生化反应，其中包括与钙联结的钙调蛋白激活钙泵，脂膜的新陈代谢和组成的改变、细胞内钾离子和水的流失等等。
新近对连接水离子通道末端的钙离子的鉴别与构建相关序列同源性分析的结果显示在不同组织的血细胞膜的羧基末端区域存在着不同EF端，并存在着属于调钙蛋白家族钙离子连接蛋白，可以进一步推测在水离子通道某一部位存在着一种钙离子连接位点而不是以往所假设的环磷酸腺苷离子通道。相关末端区域的重要性在于与去碳酸基的末端区域构架不稳定性有关。研究者对有关C末端和钙离子从胞内小囊到血浆膜的转位作用与融合的触发机制进行了讨论。确定钙离子通道位点的生理性角色需要做进一步的有关功能性的研究［8］。
3 光谱学技术在相关领域的研究进展
近年来国内外对于红细胞的相关研究工作，包括了采用原子力显微镜观察红细胞在正常情况下，以及在相关保护剂的作用下，分子结构、蛋白改变等精细结构，原子力显微镜不仅较扫描电镜更为高精尖，同时能够在样品不被包被的情况下进行观测，所得到的影像能够直接揭示未包被的红细胞外部表面上的精细结构，获得的特征性构像表现出红细胞膜表面有大量的密集的纳米微粒，这些微粒从几个纳米到几十个纳米不等，并表现为非常平均的分布，表明可采用这项技术，对于红细胞的分子结构、蛋白质的改变等精细变化可进一步进行观察［9，10］。
有关原子力显微镜的最新研究重点在于对诸如抗原和抗体等红细胞膜上的特殊分子在可反转连附力的调节的情况下，红细胞抗原A和抗体A之间所存在的结合力的强度等方面［11］，这种方法能够对特殊的抗体抗原两者间分子在生理条件下的相互作用提供进一步的理解。研究者使用AFM对红细胞的尺度和形状进行测量的可行性开展了研究，相关的结果表明红细胞的量化参数包括厚度、宽度、表面积和体积等参数与用于血液临床指标如固定平均细胞体积参数和平均细胞参数之间有较好的联系，有关的工作显示AFM技术能够对人体健康状况评估所需的红细胞尺寸和形状数据提供简单检测手段［12］。
研究者进一步用针点标记方法对经脂肪酶LPS（lipolysaccharide）处理过的红细胞血浆膜的脂质、膜蛋白和细胞渗透浓度进行检测，所用LPS浓度最高的时候，膜脂质的流动性降低被得以观察到，有关膜蛋白的构像改变通过共价化学键修饰的针尖标记，并用分光光度分析检测经脂肪酶修饰的红细胞膜蛋白的修饰作用［13］。以上的研究成果表明对于深藏于近场区域内的红细胞膜相关结构的细节，如脂膜与膜蛋白等化学和生物大分子、通过在超高光学分辨率进行纳米尺度的光谱分析，能够无侵入性与无破坏性的在生物或材料的自然状态中进行观察和研究，观测样品的吸收、荧光、偏振光对比度，以至于透视红细胞膜相关光学性质。
AFM和近场光学显微镜对生物大分子的研究，为目前国际上正在兴起的研究热点，将来的工作，相当大的部分集中在生物系统的研究，如光子跟踪病毒进入活细胞