细胞连接与细胞外基质

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1.1 概述
细胞表面特化结构 概念：
细胞连接
机体各种组织的细胞彼此按一定方式相互接触 ，并形成了将相邻细胞连接起来的特殊细胞结 构，这些起连接作用的结构或装置就称为细胞 连接。
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细胞连接的类型
细胞连接
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1.2 细胞连接的类型和组成
A. 紧密连接（tight junction）
细胞连接
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紧密连接的分子组成
细胞连接
电镜下观察：紧密连接由网状结构的嵴线构成。 嵴线是紧密连接的结构基础，使分子难以通过；对小 分子通行的封闭效果取决于其数量的多少。
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紧密连接的分子组成
紧密连接嵴线中的三类主要蛋白：
occludin：封闭蛋白、闭锁素； 跨膜四次的膜蛋白（60KD） claudin：水闸蛋白、壳牢素； 为一至少拥有20个成员的蛋白家族 Zonula occluden (ZO)蛋白
细胞连接
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细胞连接
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半桥粒的功能
细胞连接
将上皮细胞铆接在基底膜 上。 提供支撑，抵抗外界压力及 张力
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半桥粒与疾病
与半桥粒相关的疾病：
细胞连接
抗半桥粒的自身抗体可导致多见于老年人的大疱性类 天疱疮（bullous pemphigoid）。 整合素和层粘连蛋白基因的突变均可引起大疱性表皮 松解症(epidermolysis bullosa)。
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桥粒的微观结构
细胞连接
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桥粒的功能
细胞连接
铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点 形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的 作用。
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桥粒与疾病
一些皮肤病与桥粒病变有关：
细胞连接
抗桥粒钙粘素的自身抗体可引起寻常天疱疮 （pemphigus vulgaris），严重者可危及生命。 桥粒钙粘素基因缺陷可导致皮肤病。 金黄色葡萄球菌产生的毒素可以水解桥粒钙粘素， 引起表皮剥脱起泡。
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代谢偶联 metabolic coupling细胞连接
小分子代谢物和信号分子（分子量小于1500D)即可 通过间隙连接的通道，由一个细胞进入与之相邻的另 一个细胞。 在没有电兴奋性的组织中，缝隙连接使代谢物（氨 基酸、葡萄糖、核苷酸、维生素等）及第二信使（ cAMP、Ca2+ 等）直接在细胞间流通。
细胞连接
紧密连接在细胞内侧以微丝为结构支架。 Ca2＋是形成紧密连接所必需的。用蛋白酶及螯合 剂处理可使紧密连接分离。
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紧密连接的分子组成
细胞连接
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细胞连接
紧密连接的分子组成
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紧密连接的分子组成
细胞连接
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紧密连接的功能
连接功能：连接相邻细胞，加固组织
细胞连接
封闭和调控细胞间隙的通透性，保证机体内环境 的稳定和物质的选择性吸收 参与细胞极性的形成
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细胞连接
紧密连接
桥粒 半桥粒
黏着斑 黏着带 锚定连接
缝隙连接
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细胞连接
1.2.1 紧密连接 Tight junction
概念：
是一种相邻细胞间的局部紧密结合。两个细胞在连 接处的侧面近顶部细胞膜紧密接触，发生点状融合 ，形成与外界隔离的封闭带。是由相邻细胞的跨膜 连接糖蛋白组成的对合的封闭链。
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紧密连接的功能（封闭和调控）
细胞连接
屏障作用：紧密连接对蛋白质等大分子一 般不通透，保证了机体内环境的稳定。
如：血脑屏障、病毒感染途径的选择性。
阀门（闸门）作用：紧密连接对小分子、 离子和水具有可调控的通透性。
细胞旁通路：经由紧密连接穿过相邻上皮或内 皮细胞之间的空隙实现的物质运输称为细胞旁 通路（paracellular pathway）。
概念：
位于紧密连接下方，相 邻细胞间形成一个连续的 带状结构。间隙约15～20 nm，也称带状桥粒(belt desmosome)。
细胞连接
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细胞连接
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黏着带的分子组成
钙黏着蛋白 Cadherin
在人类有超过22个成员；构象改变依赖于Ca2+
细胞连接
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细胞连接
黏着带的微观结构
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分类：共四类，分为两组 与微丝相连者： 黏合带 (Adhesion belt)
细胞连接
黏着斑 (Adhesion plaque/ focal adhesions) 与中间纤维相连者： 桥粒 (Desmosome) 半桥粒 (Hemidesmosome)
细胞连接
锚定连接
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黏着带 adhesion belt
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黏着带的功能
功能：
细胞连接
维持细胞形态和组织器官的完整性、建立细胞极 性、参与信号转导等功能，并参与形态发生和细胞 分化。 例如：神经管的形成和闭合
E-cadherin
N-cadherin
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黏着斑 adhesive plaque
概念：
细胞连接
是在某些细胞与细胞外基质之间形成的、呈散在 斑点状分布的锚定连接。它不像黏着带环绕整个细 胞成带状。间隙约为10-15 nm，明显窄于非特异的 粘合部位。 分子组成： 整联蛋白，又称为整合素（integrin）
细胞连接
黏着带的微观结构
结构： 胞质面有微丝束平行环绕细胞膜，通过黏着斑 连接蛋白与钙黏素（cadherin）相连 一种依赖Ca2+的机制使黏连素之间互相黏着。 内含细丝状物，为来自两相邻细胞的钙粘素之 胞外部分。 是上皮细胞之间由钙粘素（cadherins）介导的、 在质膜下方有肌动蛋白纤维附着的细胞连接。
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半桥粒 Hemidesmosome
细胞连接
概念： 是在与基膜接触的上皮细胞底面出现的、以 整合素为粘合分子、并以中间纤维为胞内支架的 锚定连接，其结构类似于半个桥粒。
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半桥粒的分子组成及微观结构
半桥粒与桥粒形态类似 化学组成不同：通过细 胞质膜上的膜蛋白整合 素将上皮细胞固着在基 底膜上 在半桥粒中，中间纤维 不是在致密斑上形成袢 环而是终止于半桥粒的 致密斑内。
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黏着斑的微观结构
细胞连接
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黏着斑的功能
功能：
主要与细胞的贴附铺展 及迁移运动有关。 与片状伪足的运动密切 相关。 存在于成纤维细胞等结 缔组织细胞上，不断组 装与去组装，其动态变 化是细胞铺展与迁移的 前提
细胞连接
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桥粒 Desmosome
概念： 相邻细胞通过中等纤 维附着的胞质斑形成 的一种特殊连接。存 在于上皮细胞底侧面 、粘合带的下方，呈 圆盘状，作用似铆钉 。桥粒处相邻细胞质 膜之间存在 30－50 nm 宽的间隙。
B. 锚定连接（plaque-bearing junction）
黏合带 (adhesion belt) 黏着斑 (adhesion plaque, or focal adhesion) 桥粒 (desmosome) 半桥粒 (hemidesmosome)
C. 缝隙连接（gap junctions）
细胞连接
孔道的调控能够影响细胞的生理活动并对细胞具 有保护作用； 对于胚胎发育及细胞分化具有重要作用。
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电偶联 electric coupling
细胞连接
带电离子通过间隙连接通道由一个细胞直接进入另 一个细胞，使动作电位迅速在细胞之间传播的过程。 存在于某些具有电兴奋性的细胞之间。
存在于少数神经细胞之间的缝隙连接即为电突触； 心肌细胞的缝隙连接出现于闰盘内，尤其在心脏浦肯野传 导系统，电偶联非常发达； 一些脏器的平滑肌细胞之间也通过由缝隙连接介导的电偶 联实现同步收缩。
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细胞连接
1.2.2 锚定连接 Plaque-bearing junction
概念： 是存在于相互接触的细胞之间或细胞与细胞 外基质之间，具有特定形态结构，能抵抗一定 机械张力的牢固黏合。 分布： 主要存在于各种上皮细胞及某些非上皮细胞 上，如心肌、平滑肌细胞、成纤维细胞等。
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锚定连接
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实验证据（屏障作用）
细胞连接
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实验证据
细胞连接
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细胞连接
阀门/闸门 作用--细胞旁通路
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紧密连接的功能（细胞极性）
细胞连接
栅栏作用：将上皮细胞的表面分隔为顶面与底侧 面，限制膜蛋白与膜脂的侧向扩散，从而参与细胞 极性的形成。
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紧密连接与疾病
炎症细胞出血管过程。
细胞连接
中枢神经系统疾病如多发性硬化与紧密连接受损所致 血脑屏障功能损害有关。 肠道上皮细胞屏障功能损害与多种自身免疫性疾病有 关，包括I型糖尿病、IgA肾病、强直性脊柱炎、Crohn 氏病、溃疡性结肠炎等。 参与紧密连接形成的基因缺陷可引起先天性皮肤病， 这与皮肤的通透屏障破坏有关。 致病菌和病毒感染常常首先破坏紧密连接屏障。
细胞连接与细胞外基质
基础医学院细胞生物学系 杨乐 Tel: 83950100 Email: yangle@ccmu.edu.cn 阶平楼164，科研楼923
本章内容
细胞连接 细胞外基质
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本章内容
细胞连接
细胞连接的类型与组成 细胞连接的结构和功能 细胞连接与疾病
细胞外基质
细胞外基质的化学组成 细胞外基质的形态结构 和功能 基膜的形态结构与功能 （自学） 细胞外基质与细胞的相 互作用（自学） 细胞外基质与疾病
细胞连接
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桥粒的分子组成
分子组成：
钙粘素分子，属于钙粘素 超家族中的桥粒钙粘素。 包括桥粒斑球蛋白 (plakoglobin)、桥粒斑素 (desmoplakin)、桥粒芯蛋 白(desmoglein)、桥粒芯 粘着蛋白(desmocolin) 等。
细胞连接
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桥粒的微观结构
细胞连接
桥粒所在质膜的胞质侧有一层致密的胞质斑，即 桥粒斑（desmosomal plaque）。 桥粒斑中含有大分子复合体，将中间纤维以反折 成绊环的形式在其上锚定。 多束中间纤维通过与每一个桥粒紧密相连，形成 布满整个细胞的网络。
缝隙连接
细胞连接
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缝隙连接的微观结构
基本结构单位：连接子 connexon
细胞连接
蛋白复合体 由6个连接蛋白分子组成，每个蛋白为柱状4次跨膜蛋白 中心为亲水通道，允许离子及分子量< 2kD的水溶性小分 子通过
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细胞连接
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缝隙连接的功能
功能：
建立细胞间的电偶联和代谢偶联；
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锚定连接小结
膜蛋白 （黏合分子） 钙黏素 膜蛋白 的配体 钙黏素 细胞骨架 锚定纤维 微丝 微丝 中间纤维
细胞连接
连接种类 黏合带 黏着斑 桥粒 半桥粒
连接对象 细胞-细胞 细胞-细胞外基质 细胞-细胞
a5b1整合素 纤黏连蛋白等 钙黏素 钙黏素
a6b4整合素 层黏连蛋白等 中间纤维 细胞-细胞外基质
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黏着斑的分子组成
Байду номын сангаас
细胞连接
整合素 Integrin

异源二聚体糖蛋白 人体细胞中已发现24 种α链和9种β链， 它们相互配合形成至 少24种不同的二聚体 整合素
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黏着斑的微观结构
结构：
细胞连接
在粘着斑处质膜中成簇的整合素分子在胞外与细胞 外基质蛋白质（纤粘连蛋白）结合，在胞内通过多 分子复合体与肌动蛋白纤维束（应力纤维 Stress fiber）结合。
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细胞连接
1.2.3 缝隙连接 gap junction
概念：
是机体细胞间最普遍的一种细胞连接，广泛分布 于各种组织细胞间，早在胚胎发育的8细胞阶段即 已建立。 两相邻细胞的质膜间形成的特化盘状区域，该 处的相邻质膜间具有2～4 nm的狭缝，内含许多两 两相对的连接子（Connexon）。
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紧密连接
透射电镜图像和冰冻断裂复型膜电镜图像
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紧密连接的分布
分布：
细胞连接
普遍存在于各类上皮组织细胞上，包括各种腔道和 腺体的上皮细胞、内皮细胞，以及表皮的颗粒细胞之 间等。 在神经元的胞体和轴突上均不存在紧密连接，但在 髓鞘上具有紧密连接，能够封闭髓鞘间隙。 在胚胎发育的8细胞期，伴随着细胞极性的建立和 粘合带的形成，紧密连接开始组装，并在囊胚腔出现 以前组装完毕，保证了囊胚的形成。
例如：激素与靶细胞作用后通过代谢偶联引起同步化效应 。晶状体的营养与胞浆流，卵母细胞的营养。
在胚胎发育早期特别重要
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细胞连接
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缝隙连接的功能
细胞连接
缝隙连接孔道具有“开-关”互变作用，但不是 “全或无”模式 主要受Ca2+调控
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缝隙连接与疾病
细胞连接
因为连接蛋白由多种不同的基因编码，所以与缝隙 连接有关的遗传病复杂多样，其中最常见者为先天 性耳聋和遗传性皮肤病。 多种癌细胞之间、以及癌细胞与癌旁细胞之间的缝 隙连接减少或功能紊乱，与癌细胞的增殖和转移有 关，并有碍于化疗药向癌组织渗透，是实体瘤产生 耐药性的原因之一。