縫隙連接研究進(jìn)展

關(guān)于縫隙連接研究進(jìn)展第1頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞間的粘附和特殊的連接結(jié)構(gòu)是組織形成的重要因素。第2頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、縫隙連接的發(fā)現(xiàn)縫隙連接是所有的細(xì)胞連接中最引人關(guān)注的一種連接，分布最廣，幾乎存在于所有動(dòng)物，并且在很多組織中是大量存在。這種細(xì)胞與細(xì)胞間的通訊現(xiàn)象是1958年在生理學(xué)的研究中首先觀察到。但電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)縫隙連接結(jié)構(gòu)的存在，證實(shí)這一細(xì)胞偶聯(lián)生理現(xiàn)象化費(fèi)了十多年的時(shí)間。第3頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五+++++－－－－

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－－－－++++實(shí)驗(yàn)過(guò)程小龍蝦（crayfish）神經(jīng)細(xì)胞間相互作用實(shí)驗(yàn)：

用一個(gè)電極插入一個(gè)細(xì)胞，在鄰近的細(xì)胞出現(xiàn)一個(gè)超乎想象的大電流，表明離子能夠自由地從一個(gè)細(xì)胞的內(nèi)部進(jìn)入另一個(gè)細(xì)胞。－－－－

++++第4頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五縫隙連接通透性示意圖

注入一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的小分子熒光染料同樣能容易地進(jìn)入鄰近的細(xì)胞，并且沒(méi)有細(xì)胞外間隙的泄漏，只要分子小于1000d。提示孔道大約1.5nm，偶聯(lián)的細(xì)胞共享它們的小分子（如離子、葡萄糖、核苷、氨基酸和維生素等）。第5頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三、縫隙連接的組成、分布與結(jié)構(gòu)一）縫隙連接的組成

縫隙連接由相鄰細(xì)胞膜上的兩個(gè)連接子（connexon）相互錨定組成，連接子是一個(gè)六聚體，由六個(gè)亞單位——連接蛋白（connexin，Cx)組成。第6頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五連接蛋白是由10余個(gè)成員組成的一個(gè)保守大家族；分子量由26～56KD不等，可分為α-Cx和β-Cx；至少由13個(gè)基因編碼；與其它種屬有較高的同源性，主要的差別在于Cx分子的胞漿部分。第7頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五連接蛋白的共同特點(diǎn)：四個(gè)跨膜親水片段稱(chēng)為M1-4，為α螺旋結(jié)構(gòu)；兩個(gè)胞外環(huán)（Extracellularloop）分別稱(chēng)為E1-2一個(gè)胞漿環(huán)（cytoplasticloop/CL）；羧基末端與氨基末端位于胞漿內(nèi)；羧基末端則差別較大。其絲/蘇及酪氨酸殘基的磷酸化/去磷酸化水平影響著縫隙連接的形成及功能狀態(tài)，能感受胞內(nèi)的信息變化，調(diào)節(jié)縫隙連接的形成及傳導(dǎo)性。第8頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五連接蛋白可寡聚成六聚體即連接子或稱(chēng)半通道(hemichannel）。連接子可由單一連接蛋白組成稱(chēng)同聚體連接子（homometicconnexon），連接子由幾種連接蛋白構(gòu)成稱(chēng)異聚體連接子（heterometicconnexon）。異型縫隙連接（heterotypicgapjunction）同型縫隙連接（homotypicgapjunction）。第9頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二）縫隙連接的電鏡結(jié)構(gòu)第10頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三）縫隙連接的分布上皮細(xì)胞骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞心肌細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞小鼠視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞胰島素分泌細(xì)胞晶狀體上皮細(xì)胞卵泡細(xì)胞等。第11頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五四、縫隙連接的功能縫隙連接具有傳導(dǎo)快、低阻抗、延擱時(shí)間短的特點(diǎn)，相鄰的細(xì)胞可以共享小分子物質(zhì)，因此可以快速和可逆地促進(jìn)相鄰細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)的協(xié)同反應(yīng)。在腫瘤生長(zhǎng)和創(chuàng)傷愈合等過(guò)程中都觀察到縫隙連接某些類(lèi)型連接子表達(dá)的變化。因此，連接子可能對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、定位及細(xì)胞形態(tài)的維持具有重要意義。主要的生理功能有以下幾個(gè)方面。第12頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一）細(xì)胞通訊（CellCommunication）細(xì)胞通訊是指一個(gè)細(xì)胞通過(guò)信號(hào)的傳遞使另一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)的過(guò)程。細(xì)胞間的通訊對(duì)于多細(xì)胞生物體的發(fā)生和組織的構(gòu)建，協(xié)調(diào)細(xì)胞的功能，控制細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂是必需的。第13頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞間的通訊方式間接通訊接觸性依賴(lài)的通訊直接通訊GJIC第14頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五直接通訊：

以細(xì)胞間的縫隙連接（gapjunction，GJ）為途徑進(jìn)行的細(xì)胞之間的直接信息交流，稱(chēng)為直接通訊，又稱(chēng)縫隙連接細(xì)胞間通訊（gapjunctioninter-cellularcommunication/GJIC）。第15頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

協(xié)調(diào)細(xì)胞間活動(dòng)的一致性：細(xì)胞通過(guò)縫隙連接對(duì)可共享一些小分子代謝物，更常見(jiàn)的是cAMP、Ca2+等信息分子，因此，具有縫隙連接的細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)刺激具有迅速、一致的反應(yīng)。第16頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

在心肌細(xì)胞，它的收縮活動(dòng)具有全或無(wú)的特點(diǎn)，細(xì)胞間收縮功能的協(xié)調(diào)是通過(guò)縫隙連接來(lái)完成的。在體外培養(yǎng)的大鼠心肌細(xì)胞中，隨著細(xì)胞間的縫隙連接增多，細(xì)胞由不規(guī)則收縮趨向同步收縮。第17頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五在兩個(gè)神經(jīng)細(xì)胞之間，它允許動(dòng)作電位無(wú)延遲地迅速在細(xì)胞與細(xì)胞間傳播（不同于化學(xué)突觸）。這在有些情況下是非常重要的，如魚(yú)、昆蟲(chóng)的某些逃避反應(yīng)。在高等脊椎動(dòng)物的心肌細(xì)胞的收縮和腸道平滑肌細(xì)胞的蠕動(dòng)反應(yīng)等。非可興奮細(xì)胞如纖毛擺動(dòng)等協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)中有著縫隙連接的作用。第18頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

參與信息傳遞及神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)

縫隙連接橫跨在細(xì)胞膜上，組成了細(xì)胞之間的電學(xué)連貫性。

不同的細(xì)胞間離子通道比較第19頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

縫隙連接通道有至少兩種傳導(dǎo)狀態(tài)，完全傳導(dǎo)狀態(tài)和亞傳導(dǎo)狀態(tài)。當(dāng)電壓等條件發(fā)生變化時(shí)，通道并不完全關(guān)閉，而是長(zhǎng)時(shí)間的處于亞傳導(dǎo)狀態(tài)，此時(shí)，通透性可能會(huì)發(fā)生變化，例如大分子的通透可能會(huì)減少。第20頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五許多connexin分子組成的通道具有電壓敏感性特性，在細(xì)胞之間電壓變化的條件下關(guān)閉。縫隙連接的交替開(kāi)放，象其它“門(mén)”一樣，可調(diào)節(jié)胞質(zhì)pH和Ca2+等離子的濃度。這種變化可能是部分性的，不能完全破壞細(xì)胞之間的電學(xué)連貫性。第21頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五Ca2+經(jīng)縫隙連接傳導(dǎo)的細(xì)胞還包括：

成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、小鼠視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞、胰島素分泌細(xì)胞、羊的晶狀體上皮細(xì)胞等。細(xì)胞外高濃度的Na+、Ca2+流入損傷的細(xì)胞，能誘導(dǎo)縫隙連接迅速關(guān)閉，以避免鄰近偶聯(lián)細(xì)胞的損傷。第22頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五GJ是神經(jīng)元電突觸的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，在神經(jīng)元電活動(dòng)的維持、神經(jīng)元快速同步化、神經(jīng)元的發(fā)育中起著十分重要的作用，同時(shí)還參與傳遞第二信使及整合膠質(zhì)細(xì)胞的活動(dòng)，在癲癰形成和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了重要作用?？p隙連接阻斷劑能夠抑制細(xì)胞自發(fā)性放電頻率，因此，應(yīng)用縫隙連接阻斷劑有望成為治療癲癰的新方法，為癲癰治療提供了新思路。第23頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二）參與細(xì)胞的分化生長(zhǎng)與發(fā)育：胚胎期8細(xì)胞桑葚胚期，細(xì)胞間均有縫隙連接；當(dāng)細(xì)胞開(kāi)始分化，則脫離細(xì)胞群；神經(jīng)管形成與此有關(guān)：第24頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五假說(shuō)：一些小分子借助縫隙連接從高濃度區(qū)上皮向低濃度區(qū)上皮組織轉(zhuǎn)移，形成濃度梯度，局部的“濃度”提供了“細(xì)胞的位置”信息。根據(jù)細(xì)胞在胚胎中的“位置”從而能控制細(xì)胞的分化。是否如此，尚未定論。

在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，一種Cx的表達(dá)可誘導(dǎo)或抑制其它Cx的表達(dá)，從而參與誘導(dǎo)細(xì)胞的正常分化生長(zhǎng)。第25頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五在胚胎期小鼠心臟發(fā)生中，準(zhǔn)確的縫隙連接調(diào)節(jié)是保證心臟正常發(fā)生的關(guān)鍵，缺少Cx43基因的新生小鼠心臟發(fā)生異常。Cx43-/-純合子小鼠出生不久即死亡。在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，一種Cx的表達(dá)可誘導(dǎo)或抑制其它Cx的表達(dá)，從而誘導(dǎo)細(xì)胞的正常分化生長(zhǎng)。第26頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五GJ對(duì)卵泡發(fā)育的作用：卵巢中的卵泡處于無(wú)血管的微環(huán)境中，因而縫隙連接介導(dǎo)卵母細(xì)胞和顆粒細(xì)胞、卵泡膜細(xì)胞的代謝交換，傳遞內(nèi)分泌和旁分泌的生長(zhǎng)因子。卵泡的整個(gè)發(fā)育過(guò)程離不開(kāi)細(xì)胞間的縫隙連接。連接蛋白Cx32、Cx37、Cx43、Cx45和Cx57參與卵泡的發(fā)育，其中Cx43和Cx37對(duì)卵巢卵泡的發(fā)育起了至關(guān)重要的作用。第27頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五連接蛋白在原始卵泡上幾乎不表達(dá)，偶爾在初級(jí)卵泡上表達(dá)。而在次級(jí)卵泡上（無(wú)論小鼠性成熟與否）均發(fā)現(xiàn)連接蛋白的表達(dá)。隨著卵泡的發(fā)育，連接蛋白的表達(dá)亦增加。在卵泡成熟過(guò)程中縫隙連接是顆粒細(xì)胞增殖所必須的。第28頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五卵泡細(xì)胞間的縫隙連接對(duì)于卵泡的發(fā)育以及甾類(lèi)激素的分泌具有十分重要的意義。顆粒細(xì)胞通過(guò)縫隙連接持續(xù)低水平發(fā)送信號(hào)至卵母細(xì)胞，從而使卵母細(xì)胞滯留在減數(shù)分裂階段。此外通過(guò)誘導(dǎo)信號(hào)途徑(也是一種縫隙連接)使卵母細(xì)胞最終成熟。而卵母細(xì)胞不僅接受調(diào)節(jié)信號(hào)，還發(fā)送信號(hào)控制卵泡的發(fā)育，調(diào)節(jié)卵母細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄活力，誘導(dǎo)各種卵母細(xì)胞蛋白翻譯后的修飾，所有這些信息的傳遞是通過(guò)縫隙連接完成的。第29頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五GJ與視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜各層及各種細(xì)胞均有豐富Cx的表達(dá)，不同的動(dòng)物種類(lèi)和不同的視網(wǎng)膜細(xì)胞可以表達(dá)不同的Cx。胚胎期眼球和視網(wǎng)膜的生長(zhǎng)發(fā)育、成年視網(wǎng)膜正常生理功能的形成等均與Cx的表達(dá)密切相連，并且這些Cx的表達(dá)和功能可以被外界環(huán)境所影響，從而達(dá)到調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜功能的目的。第30頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五在腫瘤發(fā)生中，GJIC中斷在腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移中起重要作用，在腫瘤組織中，縫隙連接的數(shù)目明顯減少，體外將腫瘤細(xì)胞與表達(dá)正常Cx43的正常組織細(xì)胞共同培養(yǎng)，則腫瘤細(xì)胞向正常分化。Cx表達(dá)減少或定位異常常引起GJIC的下降，常導(dǎo)致細(xì)胞異常生長(zhǎng)和腫瘤發(fā)生，Cx被認(rèn)為是腫瘤抑制蛋白。Cx的非通訊功能與細(xì)胞生長(zhǎng)及腫瘤有關(guān)。新近的研究認(rèn)為Cx本身可直接參與細(xì)胞生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，不一定必須通過(guò)GJIC發(fā)揮作用。五、GJIC與腫瘤形成：第31頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五腫瘤自殺基因治療自殺基因治療:惡性腫瘤基因治療的主要方法之一。原理:將“自殺”基因?qū)胨拗骷?xì)胞中，這種基因編碼的酶能使無(wú)毒性的藥物前體轉(zhuǎn)化為細(xì)胞毒性代謝物，誘導(dǎo)靶細(xì)胞產(chǎn)生“自殺”效應(yīng)，從而達(dá)到清除腫瘤細(xì)胞的目的。第32頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五旁觀者效應(yīng)：

腫瘤基因治療中，轉(zhuǎn)染自殺基因（如胸苷激酶，HSV-TK）的腫瘤細(xì)胞被殺死，其周?chē)恍┪幢晦D(zhuǎn)染基因的腫瘤細(xì)胞，在藥物前體如丙氧鳥(niǎo)苷（Gancyclovir,GCV）的作用下也被殺死的現(xiàn)象，稱(chēng)旁觀者效應(yīng)（bystandereffect）

GJIC是“旁觀者效應(yīng)”的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之一；第33頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五例如：HSVGene-TK（單純皰疹病毒胸苷激酶基因）

GCV--p

摻入DNA合成，延長(zhǎng)終止

腫瘤細(xì)胞死亡鄰近細(xì)胞死亡／凋亡（旁觀者效應(yīng)）腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)染GCV（胸苷類(lèi)似物）-TKTK第34頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五自殺基因的作用機(jī)制

第35頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五六、縫隙連接與心血管疾病在心血管系統(tǒng)中，心肌細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞與平滑肌細(xì)胞間存在著豐富的縫隙連接，因此縫隙連接的功能失常將引起各種心血管疾病。第36頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五研究顯示，在成人心臟Cx43含量最為豐富，主要存在于工作心肌細(xì)胞內(nèi)。Cx40、Cx45含量較少，Cx40主要分布于心房及近端傳導(dǎo)系；Cx45分布于整個(gè)傳導(dǎo)系統(tǒng)，是竇房結(jié)和房室結(jié)縫隙連接的主要成分。心臟不同部位連接蛋白的表達(dá)和分布情況與其電傳導(dǎo)功能密切相關(guān)。第37頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五心臟的縫隙連接(GJ)由connexin構(gòu)成介導(dǎo)心肌細(xì)胞間電化學(xué)信息交流的特殊通道，該通道具有親水性、通透性高、低選擇性、縱向阻抗低和保持開(kāi)放狀態(tài)等特性?？p隙連接是心肌細(xì)胞間電耦聯(lián)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，它實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間電信號(hào)和化學(xué)信號(hào)的通訊聯(lián)系從而確保心臟牛理活動(dòng)的協(xié)調(diào)性和同步性。近年來(lái)隨著對(duì)其研究的深入，GJ與心血管疾病的關(guān)系，尤其是GJ在心律失常發(fā)生中的作用正備受關(guān)注，以GJ為作用靶點(diǎn)治療心血管疾病及開(kāi)發(fā)抗心律失常新藥成為當(dāng)今心血管界具有潛力的研究熱點(diǎn)。第38頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一）心律失常：心肌纖維化常伴有較高的室性心律失常，其最明顯的病理結(jié)果是將心肌細(xì)胞隔離開(kāi)來(lái)，從而失去縫隙連接的連接，失去電復(fù)極的一致性，為折返的形成創(chuàng)造了條件。心肌缺血、心肌梗死后及心肌病，心律失常是最常見(jiàn)并且是潛在的具有生命危險(xiǎn)的并發(fā)癥。原先的縫隙連接發(fā)生重構(gòu)，縫隙連接沿側(cè)壁垂直族集排列，為室性心律失常形成折返環(huán)路。縫隙連接的組織方式明顯不規(guī)則，縫隙連接已不限于閏盤(pán)，而廣泛地分布于細(xì)胞表面。感染后激素及體液免疫功能的改變可能也影響著縫隙連接的功能。第39頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞間的相互調(diào)節(jié)是血管生理和病理學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。近年研究發(fā)現(xiàn)，縫隙連接在血管內(nèi)皮細(xì)胞與平滑肌細(xì)胞間相互調(diào)節(jié)過(guò)程中起著重要作用。第40頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二）動(dòng)脈粥樣硬化目前認(rèn)為，動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生被認(rèn)為是一個(gè)類(lèi)似腫瘤發(fā)生的一種良性過(guò)程。在腫瘤發(fā)生中，GJIC的中斷是必需的，縫隙連接的功能及數(shù)目的改變必然與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生也密切相關(guān)。在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生過(guò)程中，血液中白細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的VCAM-1結(jié)合而粘附，從而誘導(dǎo)縫隙連接Cx43的表達(dá)。由此推測(cè)，縫隙連接的形成，可能與單核/巨噬細(xì)胞的錨定、趨化滲透及吞噬脂質(zhì)有關(guān)。第41頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三）高血壓高血壓等模型標(biāo)明,動(dòng)物的動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變時(shí),其主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的Cx43蛋白的表達(dá)較正常對(duì)照組減少了35%,而Cx37減少了59%;利用基因敲除技術(shù),Cx40基因缺失的小鼠均出現(xiàn)高血壓，血管調(diào)節(jié)變得十分不規(guī)律;特異性敲除小鼠內(nèi)皮細(xì)胞的Cx43基因會(huì)導(dǎo)致低血壓內(nèi)皮-平滑肌之間的肌內(nèi)皮GJ參與了血管緊張度的調(diào)節(jié)。第42頁(yè)，共49頁(yè)，2023年，2月20日，星期五越來(lái)越多的研究表明,GJ參與