细胞生物学 第十章 细胞连接与细胞黏附 提纲

第十章细胞连接与细胞黏附封闭连接细胞连接锚定连接通讯连接一封闭连接（紧密连接）分布于各种上皮细胞，如消化道上皮、膀胱上皮、睾丸曲细精管生精上皮的支持细胞基部、腺体的上皮细胞管腔面的顶端侧面区域、脑毛细血管内皮细胞之间等跨膜蛋白颗粒形成的封闭索，交错形成网状，环绕每个上皮细胞的顶部，连接相邻细胞，封闭细胞间隙，防止小分子从细胞一侧经过细胞间隙进入另一侧穿膜蛋白闭合蛋白occludin 45kD的四次穿膜蛋白C端与N端均伸向细胞质封闭蛋白claudin 20-27kD的四次穿膜蛋白C端与N端均伸向细胞质胞质外周蛋白PDZ蛋白、ZO家族。

紧密连接的两个主要功能：1封闭上皮细胞的间隙，形成与外界隔离的封闭带，防止细胞外物质无选择地通过细胞间隙进入组织，或从组织回流入腔中，保持内环境的稳定。

如：血脑屏障blood-brain barrier、血睾屏障blood-testis barrier保护器官免受异物伤害2形成上皮细胞质膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障，维持上皮细胞的极性。

如紧密连接限制膜蛋白、膜脂分子流动性，保证在小肠上皮内胞质营养物质运转的方向性，还将上皮细胞联合成一个整体二锚定连接由细胞骨架纤维参与，存在于相互接触的细胞间或细胞与细胞外基质之间的细胞连接；主要作用是形成能够抵抗机械张力的牢固粘合；广泛分布于动物各种组织中，特别是上皮、心肌和子宫颈等需要承受机械压力的组织细胞与细胞间的黏着连接黏着带adhesion belt 黏着连接adhering junction 细胞与细胞外基质间的黏合连接黏着斑与肌动蛋白纤维相连的锚定连接adhesion plaque桥粒连接desmosome junction 细胞与细胞间的连接桥粒desmosome与中间纤维相连的锚定连接细胞与细胞外基质间的连接半桥粒hemidesmosome细胞内锚定蛋白intracellular anchor proteins：在细胞膜的胞质面形成一个突出的斑，并将连接复合体与肌动蛋白纤维/中间纤维相连穿膜黏着蛋白transmembrane adhension proteins：其胞质区域连接细胞内锚定蛋白，其细胞外区域与细胞外基质蛋白或相邻细胞特异的穿膜黏着蛋白（一）黏着连接是由肌动蛋白丝参与的锚定连接1黏着带位于上皮细胞紧密连接的下方，是相邻细胞之间形成的一个连续的带状结构参与形成黏着带的穿膜黏着蛋白称：钙黏着蛋白cadherin，是Ca2+依赖性细胞黏附分子胞内锚定蛋白：α、β、γ联蛋白(catenins)，α-辅肌动蛋白(actinin)、黏着斑蛋白(vinculin)等，锚定肌动蛋白丝作用1在维持细胞形态和组织器官完整性2为上皮细胞、心肌细胞提供了抵抗机械张力的牢固黏合2 黏着斑位于上皮细胞基底部，是细胞通过局部黏附与细胞外基质之间形成的黏合连接参与黏着斑连接的穿膜黏着蛋白是整联蛋白integrin，也称整合素；其胞外部分与细胞外基质(纤连蛋白、胶原) 相连，胞内部分通过锚定蛋白与肌动蛋白丝相连黏着斑部位的锚定蛋白有：踝蛋白talin、α-辅肌动蛋白、细丝蛋白filamin、纽蛋白vinculin 等黏着斑在肌细胞、肌腱(主要是胶原) 形成的连接中很常见体外培养细胞常通过黏着斑附着于培养皿表面，黏着斑的形成、解离对细胞的铺展和迁移有重要意义（二）桥粒连接是由中间纤维介导的锚定连接桥粒连接广泛分布于承受强拉力的组织中，如皮肤、心肌、消化道、膀胱、子宫、阴道等处的上皮细胞之间；根据分布位置，分为：桥粒、半桥粒两种1 桥粒位于上皮细胞黏着带下方，是相邻细胞接触点上的一种类似斑点状（纽扣）的结构桥粒斑（中间纤维附着部位）由多种蛋白组成包括桥粒斑珠蛋白plakoglobin、桥粒斑蛋白desmoplakin不同组织的细胞中附着于桥粒斑的中间纤维不同胰蛋白酶、胶原酶、透明质酸酶、Ca2+螯合剂，均能破坏桥粒结构桥粒破坏：自身免疫缺陷病——天疱疮2 半桥粒上皮细胞与基膜之间的连接装置，结构仅为桥粒的一半半桥粒的胞质斑由网蛋白plectin组成，与胞内中间纤维相连；半桥粒的跨膜黏着蛋白是整联蛋白integrin、穿膜蛋白BP180，与基底膜中的层粘连蛋白结合，从而将细胞与基底膜牢固锚定在一起主要功能：把上皮细胞与其下方的基底膜连在一起，防止机械力造成的上皮组织剥离半桥粒破坏：大泡性类天疱疮；层粘连蛋白、整联蛋白α6或β4基因突变，均引起大泡性表皮松懈症，症状类似前者三通讯连接通讯连接communicating junction：进行细胞间的电信号、化学信号的通讯联系，从而完成群体细胞间的合作与协调动物组织中有两种通讯连接：间隙连接gap junction、化学突触chemical synapse(一) 间隙连接是动物组织中普遍存在的一种细胞连接方式除骨骼肌细胞及血细胞外，几乎所有的动物组织细胞都利用间隙连接进行通讯连接间隙连接的基本结构单位是连接子connexon，长7.5nm，外径6nm，由6个相同或相似的跨膜蛋白——连接子蛋白connexin（都有4个保守的a螺旋穿膜区）环绕而成，中央是1.5~2nm 的亲水性通道一个连接子可以由不同连接子蛋白构成——异源连接子；也可由相同连接子蛋白构成——同源连接子不同连接子蛋白构成的连接子，在通透性、导电率、可调节性方面是不同的，其分布具有组织细胞特异性重要功能是：加强相邻细胞的机械连接介导细胞间通讯间隙连接的通讯方式代谢藕联metabolic coupling电藕联electric coupling1 代谢耦联通过连接子形成亲水性通道，允许如无机离子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸、维生素、cAMP等从一个细胞迅速进入另一个细胞内，使代谢产物迅速平均分配到相邻细胞中，在胚胎发育早期特别重要间隙连接的通透性是可以调节的，降低pH，或升高Ca2+离子浓度，均可降低间隙连接的通透性（细胞受损时，Ca2+大量进入细胞，导致间隙连接关闭，以免周围细胞受到伤害；肿瘤细胞间隙连接明显减少或丧失，失去控制）2 电耦联其连接子是种离子通道，带电的离子能通过间隙连接达到相邻细胞在具有电兴奋性的组织细胞间，广泛存在电耦联现象；带电离子通过连接子，使动作电位从一个细胞扩散到另一个细胞，速度快而准确（二）突触主要存在于神经细胞之间和神经细胞与肌细胞的接触部位突触电突触细胞间形成间隙连接速度快而准确化学突触化学突触主要存在于神经细胞之间、神经细胞与肌细胞之间的接触部位，突触间隙20nm宽，传递神经递质，引起突触后膜动作电位，速度不及电突触。

钙黏着蛋白Cadherin细胞黏附分子选择素Selectin免疫球蛋白超家族Ig-superfamily, Ig-SF整联蛋白家族integrin细胞黏附分子可分为三部分：①较长胞外区，其N-端带有糖链，是与配体识别部位；②跨膜区，多为一次性跨膜蛋白；③胞质区，肽链的C-端，一般较小，可与质膜下的细胞骨架成分或胞内的信号转导分子结合，从而介导黏附细胞黏附分子通过三种方式介导细胞识别与黏着：①同亲型结合homophilic binding，相邻细胞表面的同种黏附分子间的识别与黏着；如钙黏着蛋白主要以这种方式介导细胞黏附②异亲型结合hetrophilic binding，不同种黏附分子间的识别与黏着，选择素和整联蛋白主要靠这种方式介导细胞黏附；③连接分子依赖性结合linker-dependent binding，相邻细胞的黏附分子通过连接分子介导，才能相互识别与黏着一钙黏着蛋白家族一类依赖于Ca2+的同亲型细胞黏附分子，在胚胎发育中的细胞识别、迁移、分化，以及组织器官构筑中起重要作用典型钙黏着蛋白上皮组织的E-钙粘素epithelial cadherin神经组织的N-钙粘素胎盘(乳腺、表皮)P-钙粘素（细胞黏着、信号转导）血管内皮细胞VE-钙粘素等非典型钙黏着蛋白桥粒中的介导细胞黏着1 钙黏着蛋白分子结构单次跨膜糖蛋白 在质膜中常以同源二聚体形式存在钙粘素的胞外区 约110氨基酸残基，常折叠成5个重复结构域，Ca2+结合在重复结构之间，将胞外区锁定在一起，形成棒状结构，赋予钙粘素分子以强度结合Ca2+越多，钙粘素刚性越强；去除Ca2+，胞外区便变得松软，易被蛋白酶水解2 钙黏着蛋白的功能介导细胞与细胞之间的同亲性细胞在个体发育中 影响细胞分化参与细胞之间稳定的特化连接结构3 钙黏着蛋白与疾病钙粘素功能的 丧失，使恶性肿瘤 容易扩散；缺失E-钙粘素 可导致 上皮肿瘤的发生； E-钙粘素 表达越多，细胞转移越少；升高恶性肿瘤细胞中 钙粘素的表达，有利于抑制肿瘤二 选择素依赖于Ca2+的 异亲性 细胞黏附分子主要介导 白细胞与 血管内皮细胞 或血小板 的识别和暂时性黏附，帮助 白细胞、血小板 进入炎症部位L-选择素(L-selectin)：最早在淋巴细胞被发现，在各种白细胞上都表达P-选择素(P-selectin)：存在于血小板和内皮细胞选择素(E-selectin)：存在于活化的内皮细胞中1 选择素的分子结构单次 跨膜糖蛋白其胞外区 由三个独立结构域 组成：N-末端的C 型凝集素(C lectin) 结构域 识别特异糖基，参与细胞间选择性黏附的 重要活性部位表皮生长因子(EGF)样 结构域补体调节蛋白（CCP ）同源结构域3种选择素 均可识别一类 特定的糖基， Ca2+参与该识别黏附过程表皮生长因子结构域、补体结合蛋白结构域，具有加强分子间黏附 以及参与补体系统 调节等 作用胞内区 可通过锚定蛋白与细胞内微丝结合2 选择素的功能主要功能是 参与白细胞 与血管内皮细胞或血小板的 识别与黏附，帮助白细胞进入炎症部位白细胞在炎症部位的血管中 黏附、分离、再黏附、再分离，随后激活了自身的整联蛋白，由整联蛋白介导 白细胞与血管内皮的紧密结合，使白细胞 经内皮细胞间隙 迁移至组织三 免疫球蛋白超家族分子结构中 含有类似 的 细胞黏附分子有的介导同亲型细胞黏着，如各种神经细胞黏附分子neural cell adhesion molecule, N-CAM，及血小板-内皮细胞黏附分子PE-CAM有的介导异亲型细胞黏着，如细胞间粘附分子I-CAM、血管细胞粘附分子V-CAM 等大多IgSF 介导淋巴细胞和免疫应答细胞之间的特异的相互作用一些IgSF成员，如N-CAM 介导非免疫细胞的黏着1 Ig-SF黏附分子的功能所有N-CAM的胞外区都有5个Ig样结构域,通过同亲型黏着机制与相邻细胞同类分子结合黏附载一起，与神经系统的发育、轴突的生长和再生、突触的形成关系密切N-CAM的基因缺陷可引起智力发育迟缓和其他神经系统病变一些Ig-SF成员通过异亲型细胞黏附机制参与细胞黏附2 Ig-SF黏附分子与医学神经细胞黏附分子L1(N-CAM-L1) 主要在神经细胞表达，与神经元之间的黏附及相互作用有关I-CAM、V-CAM、PE-CAM 在免疫排斥反应中具有重要作用；如I-CAM介导肿瘤细胞与白细胞的黏附，肿瘤细胞I-CAM表达降低可能与肿瘤细胞逃逸免疫监视有关四整联蛋白家族（整合素）一类普遍存在于脊椎动物细胞表面，依赖Ca2+或Mg2+细胞-细胞或细胞-细胞外基质的相互识别和黏附，具有联系细胞内（细胞骨架）外的功能1 整联蛋白是由α和β两个亚基形成的异二聚体跨膜蛋白α亚基和β亚基均由胞外区、跨膜区、胞内区三个部分组成；其胞外区的头部区与配体结合胞内区很短，只含有30~50个氨基酸，可通过与胞内的一些连接蛋白(踝蛋白、α辅肌动蛋白、Filamin、纽蛋白) 与细胞内的肌动蛋白丝等骨架成分相互作用胞外区可与纤粘连蛋白、层粘连蛋白、胶原等含有Arg-Gly-Asp (RGD)三肽序列的细胞外基质成分结合，介导细胞与细胞外基质的黏着，如黏着斑、半桥粒。