細(xì)胞生物學(xué)1surface-2junctions表面、連接與極性

1、第十八章、細(xì)胞表面、細(xì)胞連接與細(xì)胞極性第十九章、細(xì)胞外基質(zhì)及其與細(xì)胞的相互作用第二十章、細(xì)胞通訊與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第二十一章、細(xì)胞社會(huì)性第四篇、細(xì)胞的社會(huì)性第一節(jié)、細(xì)胞表面的概念和一般結(jié)構(gòu)一、細(xì)胞表面的概念二、細(xì)胞外被或糖萼三、細(xì)胞皮質(zhì)四、細(xì)胞表面與質(zhì)膜損傷防御和修復(fù)第二節(jié)、細(xì)胞連接第三節(jié)、細(xì)胞表面的其它特化結(jié)構(gòu)第四節(jié)、細(xì)胞極性Cell surface, cell junctions and cell polarity 第一節(jié)、細(xì)胞表面的概念和一般結(jié)構(gòu)一、細(xì)胞表面的概念細(xì)胞表面（cell surface）是存在于細(xì)胞內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境中界面上的一個(gè)結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)合體系，包括三個(gè)結(jié)構(gòu)層次：細(xì)胞外被（cell

2、 coat）或糖萼（glycocalyx）質(zhì)膜（plasma membrane）細(xì)胞皮質(zhì)（cell cortex） 第一節(jié)、細(xì)胞表面的概念和一般結(jié)構(gòu)細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)：1，細(xì)胞連接：非獨(dú)立存在細(xì)胞細(xì)胞之間；細(xì)胞細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)之間2，獨(dú)立存在的特化結(jié)構(gòu)：以微絲為支架者；以微管為支架者；其它獨(dú)立存在的特化結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞外被或糖萼細(xì)胞外被（cell coat）：質(zhì)膜外表面的覆蓋物，因?yàn)楦缓穷愇镔|(zhì)，故又稱為糖萼。糖萼的糖鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，可編碼大量信息，參與細(xì)胞的識(shí)別與通訊。糖組學(xué)（ ics）：p590頁(yè)二、細(xì)胞外被或糖萼1，細(xì)菌糖萼：1.1, 廣義：糖萼 = 細(xì)胞壁 + 細(xì)胞壁外側(cè)的附屬結(jié)構(gòu)層次革蘭氏

3、染色陰性菌細(xì)胞壁：脂多糖（lipopolysaccharides）為主，肽聚糖較少。革蘭氏染色陽(yáng)性菌細(xì)胞壁：肽聚糖（peptidoglycans）為主。二、細(xì)胞外被或糖萼1，細(xì)菌糖萼：1.2, 狹義：糖萼 = 細(xì)胞壁外側(cè)的附屬結(jié)構(gòu)層次一種觀點(diǎn):(狹義)細(xì)菌糖萼 = 莢膜(capsule)或粘質(zhì)層（slime layer）：游離狀態(tài)的細(xì)菌所分泌莢膜：致密的莢膜多糖；粘質(zhì)層：疏松的多糖另一觀點(diǎn):(狹義)細(xì)菌糖萼 = 菌生膜(biofilm)多糖 = 細(xì)菌細(xì)胞外基質(zhì)主要成分：社會(huì)性群居的細(xì)菌所分泌：菌生膜包括多糖和其中的細(xì)菌 兩種觀點(diǎn)實(shí)質(zhì)相同，分別代表細(xì)菌糖萼的兩種表現(xiàn)形式（對(duì)應(yīng)于細(xì)菌的兩種狀態(tài)：游

4、離和群居）。名詞解釋: biofilm（576頁(yè)）二、細(xì)胞外被或糖萼 2，動(dòng)物細(xì)胞的糖萼：2.1, 主要成分：糖綴合物(glycoconjugates, 或糖復(fù)合物）：由糖類與非糖分子(即苷元, aglycone）通過(guò)糖苷鍵(glycosidic linkage)共價(jià)結(jié)合而成，包括糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂。除了糖綴合物外，動(dòng)物細(xì)胞的糖萼中尚含有一種不與蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合的多糖：透明質(zhì)酸（hyaluronan, or hyaluronic acid, HA）。透明質(zhì)酸通過(guò)膜蛋白CD44（即HA受體）結(jié)合在細(xì)胞表面；CD44是癌干細(xì)胞分子標(biāo)志。二、細(xì)胞外被或糖萼 2，動(dòng)物細(xì)胞的糖萼：2.2, 特點(diǎn)：含有

5、大量帶負(fù)電荷的糖基（唾液酸、硫酸化糖基、糖醛酸等），使細(xì)胞表面呈現(xiàn)負(fù)電性。較疏松，常規(guī)方法不易顯示。特殊方法： 糖萼的釕紅染色電鏡圖像 顆粒排除法顯示糖萼與細(xì)胞外基質(zhì)的范圍細(xì)胞底面的糖萼常與基底膜相融合三、細(xì)胞皮質(zhì)（Cell cortex）細(xì)胞皮質(zhì)是與質(zhì)膜的原生質(zhì)面（protoplasmic surface, 即PS面）緊密結(jié)合的一層凝膠狀物質(zhì)，其中含有較高濃度并互相結(jié)合成網(wǎng)狀的蛋白質(zhì)，即皮質(zhì)細(xì)胞骨架。皮質(zhì)細(xì)胞骨架（cortical cytoskeleton）：細(xì)胞皮質(zhì)內(nèi)一些網(wǎng)狀蛋白質(zhì)與跨膜糖蛋白的胞內(nèi)區(qū)緊密結(jié)合，構(gòu)成質(zhì)膜的支架。在動(dòng)物細(xì)胞，皮質(zhì)細(xì)胞骨架的主要結(jié)構(gòu)成分為肌動(dòng)蛋白纖維，即F-ac

6、tin或微絲。 1，質(zhì)膜損傷防御和修復(fù)機(jī)制的普遍性動(dòng)物細(xì)胞：內(nèi)源性或外源性運(yùn)動(dòng)：細(xì)胞表面受力：質(zhì)膜破缺不可避免!質(zhì)膜破缺 細(xì)胞死亡！生理性的質(zhì)膜破缺：細(xì)胞本身的運(yùn)動(dòng)所致：肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等。外傷等：如肌纖維和神經(jīng)纖維的斷裂、組織器官的細(xì)胞撕裂等。病生理：流體力學(xué)：血管的內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等。人工：注射、顯微注射、基因或dsRNA轉(zhuǎn)染等。四、細(xì)胞表面與質(zhì)膜損傷防御和修復(fù)2，骨骼肌和心肌的質(zhì)膜損傷防御和修復(fù)質(zhì)膜損傷防御：DMD等防御基因 編碼肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白（dystrophin) 突變 迪歇納氏肌萎縮癥 (Duchenne muscular dystrophy)質(zhì)膜損傷修復(fù)：Dysf

7、erlin等修復(fù)基因 突變 肢帶肌萎縮癥 (limb-girdle muscular dystrophy)3，溶酶體參與的質(zhì)膜損傷修復(fù)途徑四、細(xì)胞表面與質(zhì)膜損傷防御和修復(fù)第一節(jié)、細(xì)胞表面的概念和一般結(jié)構(gòu)第二節(jié)、細(xì)胞連接Cell Surfaces, Cell Junctions and Cell polarity 第二節(jié)、細(xì)胞連接1，閉鎖連接（occluding junctions）緊密連接 (tight junctions, or zonula occludens)隔膜連接 (septate junctions)裂隙膜復(fù)合體（slit diaphragm complex）2，錨定連接（anch

8、oring junctions）粘合連接 (adherens junctions or zonula adherens)橋粒 (desmosomes)半橋粒 (hemidesmosomes)粘著斑（adhesion plaques, or focal adhesions）3，通訊連接（communicating junctions）縫隙連接 (gap junctions)突觸連接 (synaptic junctions)4，胞間橋（intercellular bridge）表18-1圖18-4第二節(jié)、細(xì)胞連接一、閉鎖連接（occluding junctions）1，緊密連接（tight jun

9、ctions）又稱：閉鎖帶（zonula occludens）2，隔膜連接 (septate junctions) 郎飛節(jié)與軸突系膜處的節(jié)旁連接3，裂隙膜復(fù)合體（slit diaphragm complex）位于腎小球足細(xì)胞相鄰次級(jí)突起之間一、閉鎖連接（occluding junctions）1，緊密連接：1.1, 形態(tài)與分布特征兩個(gè)上皮細(xì)胞相鄰的側(cè)面近頂部質(zhì)膜外片緊密接觸，形成封閉索(Sealing strands)，多條封閉索連成帶狀的網(wǎng)絡(luò)，故此緊密連接又稱閉鎖帶（zonula occludens, ZO） 。觀察方法：普通透射電鏡圖像和冰凍斷裂復(fù)型膜透射電鏡圖像。1，緊密連接：1.1,形

10、態(tài)與分布特征普遍存在于各類上皮組織細(xì)胞上，包括各種腔道和腺體的上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞，以及表皮的顆粒細(xì)胞之間等。在神經(jīng)元的胞體和軸突上均不存在緊密連接，但在髓鞘上具有緊密連接，能夠封閉髓鞘間隙。在胚胎發(fā)育的8細(xì)胞期，伴隨著compaction之后細(xì)胞極性的建立和粘合帶的形成，緊密連接開始組裝，并在囊胚腔出現(xiàn)以前組裝完畢，保證了囊胚的形成。1，緊密連接：1.2,分子構(gòu)成構(gòu)成緊密連接的關(guān)鍵跨膜蛋白為兩類細(xì)胞粘合分子：claudins（殼牢素） and occludin（閉鎖素）。殼牢素分子家族在人類至少有20個(gè)成員，依次表示為claudin-1、claudin-2等；閉鎖素基因只有一個(gè)。緊密連接在細(xì)胞

11、質(zhì)側(cè)以微絲為結(jié)構(gòu)支架。Ca2是形成緊密連接所必需的。用蛋白酶及螯合劑處理可使緊密連接分離。1，緊密連接：1.3,功能1.3.1,連接相鄰細(xì)胞，加固組織：即連接作用。1.3.2,封閉和調(diào)控細(xì)胞間隙的通透性，保證機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和物質(zhì)的選擇性吸收。屏障作用：緊密連接對(duì)蛋白質(zhì)等大分子一般不通透，保證了機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。血腦屏障最重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是腦血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的緊密連接。緊密連接的屏障作用還涉及病毒感染途徑的選擇性。人體的三大屏障：表皮屏障、粘膜屏障、血腦屏障1，緊密連接：1.3,功能1.3.2,封閉和調(diào)控細(xì)胞間隙的通透性，保證機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和物質(zhì)的選擇性吸收。閥門（閘門）作用：緊密連接對(duì)相鄰上

12、皮細(xì)胞之間小分子、離子和水具有可調(diào)控的通透性，由此構(gòu)成細(xì)胞旁通路。經(jīng)由緊密連接穿過(guò)相鄰上皮或內(nèi)皮細(xì)胞之間的空隙實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)運(yùn)輸稱為細(xì)胞旁通路（paracellular pathway）。 1，緊密連接：1.3,功能1.2.3,參與細(xì)胞極性的形成柵欄作用(fence)：將上皮細(xì)胞的表面分隔為頂面與底側(cè)面，限制膜蛋白與膜脂的側(cè)向擴(kuò)散，從而參與細(xì)胞極性的形成?？偨Y(jié)：TJs的四大作用：（1）連接作用：胞外區(qū)，與質(zhì)膜垂直；（2）屏障作用與（3）閥門或閘門作用：胞外區(qū)，側(cè)面，與質(zhì)膜平行；（4）柵欄作用：質(zhì)膜上，側(cè)面，與質(zhì)膜平行性1，緊密連接：1.4,與疾病的關(guān)系血管內(nèi)皮細(xì)胞TJ參與炎癥細(xì)胞出血管過(guò)程。中樞神

13、經(jīng)系統(tǒng)疾病如多發(fā)性硬化(multiple sclerosis)與TJ受損所致血腦屏障功能損害有關(guān)。腸道上皮細(xì)胞TJ屏障功能損害與多種自身免疫性疾病有關(guān)，包括I型糖尿病、IgA腎病、強(qiáng)直性脊柱炎、Crohn氏病、潰瘍性結(jié)腸炎等。參與TJ形成的基因缺陷可引起先天性皮膚病，這與皮膚的通透屏障破壞有關(guān)。致病菌和病毒感染常常首先破壞TJ屏障。有四種類型, 分為兩組：與肌動(dòng)蛋白微絲相連者：粘合帶（Adherens junctions, or zonula adherens）粘著斑(Adhesion plaque，or focal adhesions)與中等纖維相連者：橋粒 (Desmosome)半橋粒 (

14、Hemidesmosome)二、錨定連接（anchoring junctions）二、錨定連接（anchoring junctions）粘合連接（adherens junctions, AJ）或粘合帶（zonula adherens, ZA）是上皮細(xì)胞之間由鈣粘素（cadherins）介導(dǎo)的、在質(zhì)膜下方有肌動(dòng)蛋白纖維附著的細(xì)胞連接。在粘合帶部位，相鄰細(xì)胞的質(zhì)膜間有15-30 nm的間隙，內(nèi)含細(xì)絲狀物，為來(lái)自兩相鄰細(xì)胞的鈣粘素之胞外部分。粘合帶普遍存在于上皮細(xì)胞上，位于緊密連接的下方。 二、錨定連接：1，粘合帶或粘合連接參與粘合帶形成的鈣粘素分子屬于鈣粘素超家族中的經(jīng)典鈣粘素（classical

15、 cadherins）亞族，在人類有超過(guò)22個(gè)成員，其基因分別用CDH1、CDH2CDH22表示。 粘合帶胞質(zhì)斑部位的鈣粘素分子復(fù)合體按以下順序?qū)崿F(xiàn)與微絲的聯(lián)系：質(zhì)膜上classical cadherin細(xì)胞皮質(zhì)內(nèi)-catenin-cateninvinculin / -actininF-actin二、錨定連接：1，粘合帶或粘合連接粘合帶具有維持細(xì)胞形態(tài)和組織器官的完整性、建立細(xì)胞極性、參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等功能，并參與形態(tài)發(fā)生和細(xì)胞分化。 神經(jīng)管的形成即與粘合帶收縮有關(guān)；此過(guò)程還伴隨著細(xì)胞的分化，其標(biāo)志是原外胚層上皮細(xì)胞粘合帶中的E-cadherin被神經(jīng)管中的N-cadherin所替代。體外培養(yǎng)的上

16、皮細(xì)胞增殖到彼此接觸和連成一片時(shí)，緊密連接和粘合連接形成，此時(shí)的細(xì)胞發(fā)生了匯合（confluence）。二、錨定連接：1，粘合帶或粘合連接E-cadherin是多種成體上皮組織的重要標(biāo)志性分子，其基因CDH1的表達(dá)下調(diào)或功能喪失性突變（loss-of-function mutations）與多種癌癥有關(guān)。出現(xiàn)在生殖系細(xì)胞的CDH1突變基因如果以雜合子的形式遺傳，則引起家族性胃癌，表明CDH1是一個(gè)抑癌基因。散發(fā)性胃癌則通常具有CDH1的體細(xì)胞突變。N-cadherin是癌基因，參與癌細(xì)胞的上皮-間質(zhì)變遷及與此相關(guān)的腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程。 二、錨定連接：1，粘合帶或粘合連接第二節(jié)、細(xì)胞連接三、通訊連接（

17、communicating junctions）1，縫隙連接（gap junctions）2，突觸連接 (synaptic junctions)1, 縫隙連接: 1.1, 形態(tài)結(jié)構(gòu)縫隙連接（gap junction, GJ）是機(jī)體細(xì)胞間最普遍的一種細(xì)胞連接，早在胚胎發(fā)育的8細(xì)胞階段即已建立。在兩相鄰細(xì)胞的質(zhì)膜間形成特化的盤狀領(lǐng)區(qū)，領(lǐng)區(qū)處的相鄰質(zhì)膜間具有24 nm的狹縫，領(lǐng)區(qū)內(nèi)含許多兩兩相對(duì)的連接小體（Connexon）。1, 縫隙連接: 1.2, 分子組成連接小體由6個(gè)連接蛋白 (Connexin, Cx26, Cx32, etc.) 分子構(gòu)成的，每個(gè)連接蛋白為4次跨膜的整合蛋白質(zhì)。人類至少有

18、13種連接蛋白基因。連接小體中心具有直徑約1.5 nm的孔道，允許無(wú)機(jī)離子和分子量 1-2 kDa的水溶性小分子從中通過(guò)，從而連通相鄰細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)。 1，縫隙連接：孔道大小比較1，縫隙連接：1.3, 功能 1.3.1，縫隙連接可以建立細(xì)胞間的離子偶聯(lián)和代謝偶聯(lián)離子偶聯(lián)：亦稱電偶聯(lián)，存在于某些具有電興奮性的細(xì)胞之間。存在于少數(shù)神經(jīng)細(xì)胞之間的縫隙連接即為電突觸；心肌細(xì)胞的縫隙連接（Cx43)出現(xiàn)于閏盤內(nèi)，尤其在心臟浦肯野傳導(dǎo)系統(tǒng)，電偶聯(lián)(Cx40)非常發(fā)達(dá)；一些臟器的平滑肌細(xì)胞之間也通過(guò)由縫隙連接介導(dǎo)的電偶聯(lián)實(shí)現(xiàn)同步收縮。1，縫隙連接：1.3, 功能代謝偶聯(lián)：在沒(méi)有電興奮性的組織中，縫隙連接使代謝物（氨基酸、葡萄糖、核苷酸、維生素等）及第二信使（cAMP、Ca2+ 等）直接在細(xì)胞間流通。例如：激素與靶細(xì)胞作用后通過(guò)代謝偶聯(lián)引起同步化效應(yīng)。晶狀體的營(yíng)養(yǎng)與胞漿流，卵母細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng), Schwann細(xì)胞髓鞘內(nèi)層的營(yíng)養(yǎng)。1，縫隙連接：1.3, 功能1.3.2，縫隙連接孔道的調(diào)控能夠影響細(xì)胞的生理