第17章 细胞的社会联系

• 黏着斑介导的锚定依赖性生长：“由外向内”
• 其典型信号转导通路 依赖细胞内酪氨酸激 酶—黏着斑激酶 (FAK)
• 调节细胞增殖、生长、
生存、凋亡等重要生
命活动
第三节 细胞外基质
• 多细胞生物除细胞外，还包括由细胞分泌 的蛋白质和多糖所构成的细胞外基质 • 细胞外基质在结缔组织中含量最为丰富
• 结缔组织 (Connective Tissue )：
• 与大多数分泌体中进行
修饰，最后在细胞外组
装成胶原纤维
• ER合成前体肽链，装配成前胶原 (procollagen)
前体 链两端无Gly-X-Y重复序列
• 前胶原在胞外被前胶原肽酶切除N-及C-末端
前肽, 形成胶原分子
• 胶原分子1/4聚合装配成胶原原纤维(collagen
• 发育过程中，细胞间的识别、黏着、分离以
及迁移对胚胎发育及形态建成具有重要作用
• 细胞识别与黏着使具有相同表面特性的细胞
聚集在一起形成组织和器官
钙黏蛋白结构与功能
• 其胞外最后一个重复结构域在Ca2+ 结合后 彼此“嵌合”在一起，从而实现Ca2+ 依赖性 细胞黏着
• 细胞识别与黏着的分子基础是细胞表面的 细胞黏着分子(cell adhesion molecule)
渗漏而产生严重的皮肤水疱病
天疱疮小鼠模型
半桥粒(hemidesmosome)： • 细胞与胞外基质间的连接 • 中间丝----整联蛋白----层粘连蛋白
通过半桥粒，上 细胞可以黏着在
基膜上
与肌动蛋白纤维相连的锚定连接： 黏着带与黏着斑
• 黏着带(adhesion belt) 推测在动物胚胎 发育形态建成过程中 促使上皮细胞层弯曲
的特化区域，通过膜蛋白、细胞骨架蛋白
或者胞外基质形成的细胞与细胞之间、细 胞与胞外基质之间的连接结构。
Ø3 大类： · 封闭连接
· 锚定连接
· 通讯连接
Communication junctions 通讯连接
一、紧密连接（tight junction）
• 一般存在于上皮细 胞之间 • 冰冻断裂复型技术 显示出它是由围绕
整联蛋白(integrin)
• 普遍存在于脊椎动物细胞表面，异亲型结 合、Ca2+ 或Mg2+依赖性的细胞黏着分子， 主要介导细胞与胞外基质间的黏着
• 由α、β 两个亚基形成跨膜异二聚体
• 整联蛋白通过与胞内骨架蛋白的相互作用介 导细胞与胞外基质的黏着 • 这一黏着通过自身结构域与纤连蛋白、层粘 连蛋白等含有RGD三肽的胞外基质成分结合
植物细胞壁
• 植物、真菌、藻类和原核细胞的胞外基质
形成不同类型的细胞壁
• 赋予植物细胞强度，保护细胞免受机械损 伤以及病原体感染 • 发挥渗透屏障作用
细胞壁的化学组成与结构
• 植物细胞壁与动物细胞胞外基质的来源一
样，也是由细胞分泌的。
• 植物细胞壁由大分子构成，主要成分是多 糖，包括纤维素、半纤维素、果胶质等
骨、软骨、角膜、肌腱、真皮
• 动物细胞的胞外基质成分主要有3 种类型：
①结构蛋白：胶原和弹性蛋白，分别赋予胞外基
质强度和韧性；
②蛋白聚糖：由蛋白质和多糖共价形成，高度亲
水，赋予胞外基质抗压能力；
③粘连糖蛋白：纤连蛋白和层粘连蛋白，有助于
细胞粘连到胞外基质上
• 胞外基质不仅为组织的构建提供了支撑框
R--精氨酸 G--甘氨酸 D--天冬氨酸
整联蛋白介导的信号传递
• 整联蛋白参与的信号传递方向有“由内向外” 及“由外向内” 两种形式 • 涉及细胞内外配体活化细胞表面整联蛋白
• 血液凝固过程：“由内向外”传递信号
血小板结合于受损血管或 被其他可溶性信号分子作 用后引起细胞内信号的传 递，活化整联蛋白构象发 生改变而被激活。活化的 整联蛋白与血液凝固蛋白 —纤维蛋白原结合后导致 血小板彼此粘连在一起形 成血凝块
二、锚定连接
• 增强组织中细胞承
受机械力的能力
• 细胞内锚蛋白+跨 膜黏附性蛋白
与中间丝相连的锚定连接：桥粒与半桥粒
• 桥粒(desmosome)：相 邻细胞内的中间丝通过 桥粒相互作用，将相邻 细胞连成一体，增强了 细胞抵抗外界压力与张 力的机械强度 • 中间丝—钙黏蛋白
桥粒结构
• 自身免疫缺陷病--天疱疮: 患者自身抗体 结合桥粒跨膜黏附性蛋白质，破坏桥粒结 构，导致上皮细胞间锚定连接丧失，体液
行通讯联系
• 在神经冲动信息传递中的作用：电突触
与化学突触传递信号不同，电突触的间隙连接有利于细胞 间的快速通讯
• 结构与成分: 基本结构单位是连接子, 形成一个直径 约1.5 nm 的亲水性通道
许多间隙连接单位往 往集结在一起形成大 小不一的片状结 密度梯度离心技术可 将质膜上的间隙连接 区域的膜片分离出来
第17章 细胞的社会联系
维持机体的稳态平衡
• 多细胞生物体内没有“孤立”的细胞 • 通过细胞通讯、黏着、连接以及细胞与胞外基 质的相互作用构成复杂的细胞社会 • 决定细胞的行为和命运，包括结构与功能分化、 位置以及生死抉择，维持机体的稳态平衡
第一节 细胞连接
细胞连接(cell junction): 细胞质膜
选择素(selectin)
• 异亲型结合、Ca2+依赖性的细胞黏着分子
选择素是跨膜蛋白，其胞 外部分具有高度保守并能
识别其他细胞表面特异性
寡糖链的凝集素（lectin） 结构域
• 主要参与白细胞与血管内皮细胞之间的识别 与黏着，帮助白细胞经血流进入炎症部位
免疫球蛋白超家族(IgSF)
• 分子结构中具有与免疫球蛋白类似结构域 的细胞黏着分子超家族(不依赖于Ca2+) • 大多介导淋巴细胞和免疫应答所需要的细 胞之间的黏着
基膜与细胞外被
基膜(basal lamina，basement membrane)
• 成分为Ⅳ型胶原、层粘连蛋白、巢蛋白以及 基膜蛋白聚糖等 • 对组织起结构支撑、调节通透性等作用
细胞外被(cell coat)\糖萼(glycocalyx)
• 细胞质膜外表面覆盖的一层黏多糖物质， 是细胞质膜的正常结构组分 • 保护细胞膜，并在细胞识别中起重要作用
• 软骨中蛋白聚糖借助连接 蛋白以非共价键的形式与 透明质酸结合形成复合体 ，赋予软骨凝胶样特性和 抗变形能力 • 蛋白聚糖与多种生长因子 结合，有利于激素分子与 细胞表面受体结合
纤连蛋白和层粘连蛋白
具有多个结构域，提供胞外基质和细 胞表面受体结合位点，帮助细胞粘连在胞
外基质上,发挥“分子桥”的作用
G. Gaietta et al., Science 296, 503 -507 (2002)
胞间连丝(plasmodesma)
• 植物细胞间的通讯连接方式
第二节 细胞黏着及其分子基础
• 细胞连接需要细胞识别与黏着，然后在细 胞骨架和跨膜蛋白参与下形成细胞连接 • 同种类型细胞间的彼此黏着是许多组织结 构的基本特征
初生细胞壁与次生细胞壁
• 初生细胞壁是在细胞生长时期合成的，由 纤维素、半纤维素、果胶和糖蛋白等组成 • 次生细胞壁还含有木质素，但基本不含有 果胶
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功能:
• 代谢偶联：﹤1×103
TK+
间 隙 连 接
放射自显影信号 放射性标记胸苷
TK-
• 在胚胎早期发育中的作用：
间隙连接存在于发育与分化的特定阶段 的细胞之间
间隙连接通透性的调节
• 对小分子物质的通透能力具有底物选择性 • 通透性受细胞质Ca2+ 浓度和pH调节 • 间隙连接的分布呈现动态变化
形成神经管等结构：
微丝—钙黏蛋白
黏着斑(focal adhesion)
• 细胞与胞外基质 之间的连接方式 • 微丝—整联蛋白
• 维持细胞运动张
力以及影响细胞
生长信号传递
三、通讯连接
• 间隙连接(gap junction): 在动物组织细胞间分布非常广泛, 几乎 所有的动物组织细胞都利用间隙连接来进
fibril)、胶原纤 维(collagen fiber)
• 脯氨酸和赖氨酸残基的羟基化有助于羟基间 形成氢键，以稳定胶原3 股螺旋结构 • 缺少维生素C（抗坏血酸）时，脯氨酸的羟 基化受到影响，导致胞外基质中胶原不断丢
失而引起血管脆性增加从而引起坏血病
胶原的功能
• 胞外基质中的其他组分通过与胶原结合形 成结构与功能的复合体，赋予组织刚性及 抗张力强度
在细胞四周的“焊接
线”形成
主要功能： 形成渗透屏障eg. 血脑屏障(BBB)
将电子致密物氢 氧化镧加入上皮细胞 一侧作为示踪物，不 能够通过紧密连接进 入细胞的另一侧
• 形成上皮细胞膜蛋
白与膜脂分子侧向
扩散的屏障，维持 上皮细胞极性
• 紧密连接形成的渗透屏障是相对的，某些小分 子可通过紧密连接，以细胞旁路途径从上皮细 胞层一侧转运或“渗漏”到另一侧
成骨缺陷病： Ⅰ型胶原发生突变
弹性蛋白(elastin)
• 主要存在于脉管壁及肺组织 • 构象呈无规则卷曲状态, 通过Lys 残基相互 交连成网状结构
• 与胶原纤维共同存在，分别赋予组织弹性 及抗张性
随着年龄增加，弹性蛋白不断
流失，胶原铰链程度增加，导
致关节不灵活、皮肤起皱、失
去弹性
摄于新疆
糖胺聚糖
架，还对与其接触的细胞的存活、发育、
迁移、增殖、形态以及其他功能产生重要
的调控作用
胶原(collagen)
• 结构与类型
• 是胞外基质最基本成分，也是动 物体内含量最丰富的蛋白质 • 基本结构单位是原胶原，由3条α 链多肽盘绕成3 股螺旋结构 • α链的一级结构具有Gly-X-Y三肽 重复序列
合成与装配
纤连蛋白(fibronectin)
• 有数个结构域,能识别
并结合胞外基质组分
• 还能识别并结合细胞 表面受体(通过自身 RGD 三肽序列)
层粘连蛋白(laminin)
• 有多个不同的结构域 • 与Ⅳ型胶原、肝素、 整联蛋白等结合
• 通过自身的RGD 三肽序列与细胞 质膜上的整联蛋 白结合，将细胞 锚定在基膜上
• 黏着分子是整合膜蛋白，介导细胞与细胞 间的黏着或细胞与胞外基质的黏着 • 通过3 种方式介导细胞识别与黏着
同亲型结合、异亲型结合、衔接分子依赖性结合
钙黏蛋白(cadherin)
• 同亲型结合、Ca2+ 依赖的细胞黏着糖蛋白
钙黏蛋白介导高度选择性的细胞识别与黏着
• 通过调控钙黏蛋白的种类与数量能影响细 胞间的黏着与迁移，从而影响组织分化
• 糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的不分 支的长链多糖组成：氨基己糖+糖醛酸
• 高度亲水性的糖胺聚糖带有大量负电荷， 能够吸引大量的阳离子，结合大量水分子 • 糖胺聚糖像海绵一样吸水产生膨压，赋予
胞外基质抗压的能力
蛋白聚糖
• 蛋白聚糖由糖胺聚糖(除透明质酸外)与核心 蛋白的丝氨酸残基共价连接形成的大分子
小鼠8 细胞胚胎时期，表达E-钙黏蛋白将松散的分裂球细胞变成紧 密黏合的细胞。E-钙黏蛋白突变，会导致胚胎细胞的分离和死亡
• 上皮－间质转型涉及E-钙黏蛋白的表达与否
Kalluri R & Weinberg RA, 2009
• 癌细胞演进、干细胞分化与此有关
Kalluri R & Weinberg RA, 2009