生物學細胞生物學細胞連接

[生物學]細胞生物學細胞連接第一頁，共47頁。緊密連接粘合帶橋粒間隙連接/通訊連接半橋粒粘著斑鈣粘素整聯(lián)蛋白選擇素基膜中間纖維肌動蛋白纖維細胞連接細胞粘連細胞連接與細胞粘連2第二頁，共47頁。細胞連接（CellJunction）細胞連接(celljunctions)是人和動物體內(nèi)除血細胞和結(jié)締組織等外，相鄰細胞之間、細胞與細胞外基質(zhì)之間在質(zhì)膜接觸區(qū)域特化形成的連接結(jié)構。緊密連接錨定連接通訊連接緊密連接（tightjunctions/occludingjunctions)錨定連接

(anchoringjunctions)通訊連接

(communicationjunctions)3第三頁，共47頁。細胞連接（CellJunction）緊密連接緊密連接（tightjunctions/occludingjunctions）緊密連接形態(tài)結(jié)構透射電鏡：在緊密連接處，相鄰兩質(zhì)膜以斷續(xù)的點連在一起掃描電鏡顯示，兩個相鄰細胞膜上的嵴線由跨膜蛋白排列形成的條索，將細胞間隙封閉4第四頁，共47頁。細胞連接（CellJunctions）

緊密連接緊密連接模式圖緊密連接冷凍蝕刻圖緊密連接透射電鏡圖5第五頁，共47頁。細胞連接（CellJunction）緊密連接形態(tài)結(jié)構冷凍蝕刻顯示：分支糖蛋白顆粒形成長鏈，封閉相鄰兩個細胞膜，形成緊密連接緊密連接蛋白顆粒在脂雙層的胞質(zhì)面（P面）連成的嵴網(wǎng)，在脂雙層的質(zhì)膜面（E面）有與嵴網(wǎng)對應互補的溝，形成有如拉鏈一一對應的網(wǎng)狀結(jié)構，稱封閉索（sealingstrand）E面P面封閉索將兩個相鄰的質(zhì)膜聯(lián)系在一起相鄰細胞的質(zhì)膜封閉索環(huán)繞每個上皮細胞的頂部，將相鄰細胞緊密連接在一起各種組織的緊密連接對一些小分子的密封程度有所不同，這與封閉索的層數(shù)有關：腎小管1-2層，胰腺腺泡細胞3-4層，小腸上皮細胞4-6層6第六頁，共47頁。已分離出數(shù)十種參與緊密連接形成的跨膜蛋白，如封閉蛋白(claudin)密封蛋白（occludin）zonulaoccluden(ZO)細胞連接（CellJunction）緊密連接生化成分ClaudinOccludin質(zhì)膜7第七頁，共47頁。緊密連接功能細胞連接（CellJunction）緊密連接Blood腸腔緊密連接相鄰細胞質(zhì)膜細胞間隙細胞外液葡萄糖載體蛋白Na+-驅(qū)動的共運輸把相鄰上皮細胞縫合在一起封閉上皮細胞的間隙，形成與外界隔離的封閉帶如血腦屏障、血睪屏障防止上皮細胞膜蛋白與膜脂分子側(cè)向擴散，維持上皮細胞的極性通過阻礙細胞頂部和側(cè)底部（側(cè)面和底部）的膜蛋白相互移動，保證物質(zhì)轉(zhuǎn)運的方向性。同時，通過防止小分子物質(zhì)從細胞側(cè)底部細胞之間的空隙返流。如在小腸上皮內(nèi)8第八頁，共47頁。9第九頁，共47頁。錨定連接（Anchoringjunctions）：細胞連接（CellJunction）錨定連接有細胞骨架參與，存在于細胞之間或者細胞與細胞外基質(zhì)之間的細胞連接分布廣泛，尤其在機械受力部位:肌肉細胞、皮膚細胞等細胞骨架錨定連接細胞外基質(zhì)10第十頁，共47頁。錨定連接中的2大類結(jié)構蛋白細胞連接（celljunction）錨定連接跨膜粘連蛋白

(transmembraneadhensionproteins)其胞質(zhì)區(qū)域連接一個或多個細胞內(nèi)錨定蛋白，其細胞外區(qū)域與細胞外基質(zhì)或另一個細胞的跨膜粘連蛋白的細胞外區(qū)域相互作用細胞內(nèi)錨定蛋白（intracellularanchorproteins）在細胞膜的胞質(zhì)面形成一個突出的斑，并將連接復合體與肌動蛋白纖維/中等纖維相連細胞內(nèi)錨定蛋白跨膜粘連蛋白11第十一頁，共47頁。據(jù)參與的細胞骨架類型和錨定部位，錨定連接可分為：粘合連接（adheringjunctions）:由肌動蛋白纖維介導的錨定連接粘合帶（adhesionbelt），位于上皮細胞緊密連接的下方，相鄰質(zhì)膜間隙15-30nm，通過跨膜粘連蛋白——鈣粘素(cadherin)，相互粘合鈣粘素屬于鈣離子依賴細胞粘附分子，在質(zhì)膜中形成同源二聚體連接方式：肌動蛋白纖維-細胞內(nèi)錨定蛋白-鈣粘素-鈣粘素-細胞內(nèi)錨定蛋白-肌動蛋白纖維，形成的一個連續(xù)的帶狀結(jié)構

其細胞內(nèi)錨定蛋白有多種，如α、β、γ連環(huán)蛋白（catenins）、α-輔肌動蛋白(actinin)、紐蛋白(vinculin)等，錨定肌動蛋白纖維細胞連接（CellJunction）錨定連接12第十二頁，共47頁。將細胞外環(huán)境與肌動蛋白纖維相連提供一個潛在的信號通路鈣粘素細胞外肌動蛋白纖維連接β-catenin到肌動蛋白絲的蛋白，如α-catenin（連環(huán)蛋白）細胞連接（CellJunction）錨定連接粘合連接粘合帶α-輔肌動蛋白（連環(huán)蛋白）13第十三頁，共47頁。位于上皮細胞緊密連接的下方，是相鄰細胞之間形成的一個連續(xù)的帶狀結(jié)構。如小腸上皮細胞的粘合帶細胞連接（CellJunction）錨定連接粘合連接基底面相鄰細胞的質(zhì)膜緊密連接腸腔微絨毛微絨毛內(nèi)的肌動蛋白纖維粘合帶鈣粘素14第十四頁，共47頁。

黏著斑（adhesionplaque/focaladhesions）位于上皮細胞基底部，是細胞與細胞外基質(zhì)之間形成的粘合連接。細胞連接（CellJunction）錨定連接粘合連接其跨膜粘連蛋白是整聯(lián)蛋白（integrins），或叫整合素其細胞內(nèi)錨定蛋白有：踝蛋白（talin）、α-輔肌動蛋白(actinin)、細絲蛋白(filamin)、紐蛋白(vinculin)等連接方式：細胞外基質(zhì)（纖粘連蛋白、膠原）-整聯(lián)蛋白-錨定蛋白-肌動蛋白纖維。見于細胞粘合或細胞運動。在細胞運動或有絲分裂中，為動態(tài)結(jié)構，可快速解聚；如：體外培養(yǎng)細胞、肌肉和肌腱，15第十五頁，共47頁。樁蛋白Paxillin肌動蛋白纖維Actinfilamentα-輔肌動蛋白α-ActininFocaladhesionkinaseDNA膠原纖連蛋白紐蛋白Vinculin踝蛋白Talin細胞核

細胞連接（CellJunction）錨定連接粘合連接整聯(lián)蛋白α亞基整聯(lián)蛋白β亞基

黏著斑跨膜粘連蛋白細胞內(nèi)錨定蛋白16第十六頁，共47頁。17第十七頁，共47頁。橋粒連接（desmosomes）細胞連接（CellJunction）錨定連接

其紐扣狀的細胞內(nèi)結(jié)構，作為中等纖維的錨定位點，從而將細胞錨定在一起，形成一個可以承受很強張力的結(jié)構。分布在皮膚、心肌、消化道、膀胱、子宮和陰道橋粒/點橋粒(spotdesmosomes)相鄰細胞接觸點上紐扣裝的結(jié)構，相鄰細胞質(zhì)膜間隙約30nm18第十八頁，共47頁。細胞連接（CellJunction）錨定連接橋粒鈣粘素家族蛋白細胞內(nèi)錨定蛋白組成的橋粒斑細胞間隙中間纖維橋粒電鏡圖橋粒模式圖19第十九頁，共47頁。連接方式：中間纖維伸向橋粒斑，被更細的纖維系在橋粒斑上，然后返折形成袢環(huán)結(jié)構，跨膜粘連蛋白與橋粒斑相連，胞外部分與相鄰的跨膜連接蛋白通過依賴鈣離子的粘合機制將兩個細胞連接在一起其中間纖維在心肌中是結(jié)蛋白絲(desminfilaments)，在上皮細胞中是角蛋白絲(keratinfilaments）細胞連接（CellJunction）錨定連接橋粒20第二十頁，共47頁。橋粒芯糖蛋白Desmoglein橋粒芯膠蛋白Desmocollin橋粒珠蛋白Plakoglobin橋粒斑蛋白Desmoplakin中間纖維細胞外胞質(zhì)

跨膜粘連蛋白

鈣粘素細胞連接（CellJunction）錨定連接橋粒細胞內(nèi)錨定蛋白橋粒斑亦稱胞質(zhì)斑，細胞內(nèi)錨定蛋白，直徑約μm，由橋粒珠蛋白(plakoglobin)和橋粒斑蛋白

(desmoplakin)組成跨膜粘連蛋白屬鈣粘素家族，如*橋粒芯糖蛋白(desmoglein)*橋粒芯膠蛋白(desmocollin)天皰瘡(pemphigus)患者自身產(chǎn)生抗橋粒跨膜粘連蛋白，導致橋粒破壞，組織液通過細胞間隙滲入皮膚，引起嚴重的皮膚水泡橋粒分子結(jié)構圖21第二十一頁，共47頁。CellJunction&ExtracellularMetrix22廣泛存在于皮膚,消化道,子宮,子宮頸,心肌等處，連接細胞并有強的抗張抗壓作用相關疾病：天皰瘡第二十二頁，共47頁。組成胞質(zhì)斑的細胞內(nèi)錨定蛋白含有網(wǎng)蛋白(plectin)，與中間纖維相連跨膜粘連蛋白是整聯(lián)蛋白（包括α6β4

），可與基底膜的層粘連蛋白結(jié)合把上皮細胞與其下方的基膜連接在一起，防止機械力造成上皮與下方的組織剝離大泡性性天皰瘡(bullouspemphigoid)細胞連接（CellJunction）錨定連接橋粒半橋粒電鏡致密的橋粒斑半橋粒(hemi-desmosomes）上皮與基膜（或稱基底膜）之間的連接裝置，結(jié)構僅為橋粒的一半23第二十三頁，共47頁。24第二十四頁，共47頁。細胞連接（CellJunction）錨定連接半橋粒中間纖維（Intermediatefilament）含有網(wǎng)蛋白（plectins）的橋粒斑基底膜層粘連蛋白膠原（Collagenfiber）VII型膠原絲（TypeVIIcollagenfibrils）細胞質(zhì)細胞外質(zhì)膜整聯(lián)蛋白半橋粒結(jié)構25第二十五頁，共47頁。錨定連接的比較連接種類膜蛋白（黏合分子）膜蛋白的配體細胞骨架錨定纖維連接對象黏合帶黏著斑橋粒半橋粒鈣黏素鈣黏素鈣黏素鈣黏素微絲微絲中間纖維中間纖維細胞-細胞細胞-細胞細胞-細胞外基質(zhì)細胞-細胞外基質(zhì)a5b1整合素a6b4整合素纖黏連蛋白等層黏連蛋白等第二十六頁，共47頁。通訊連接

(CommunicationJunction)大多數(shù)組織相鄰細胞膜上的特殊通道，以實現(xiàn)細胞間電信號和化學信號的通訊聯(lián)系，從而完成群體細胞間的合作和協(xié)調(diào)。如間隙連接和化學突觸。細胞連接（CellJunction）通訊連接間隙連接分離的間隙連接負染電鏡間隙連接冷凍復型P面間隙連接透射電鏡一個間隙連接的連接子可成千上萬27第二十七頁，共47頁。間隙連接（gapjunctions）普遍存在于動物細胞相鄰細胞膜間有2-4nm的縫隙其基本結(jié)構單位是連接子（connexons）長7.5nm.6nm，中央的親水性孔道，孔由6個相同或相似的跨膜蛋白——連接子蛋白（connexins,Cx）細胞連接（CellJunction）通訊連接間隙連接已發(fā)現(xiàn)20多種連接子蛋白，可組成異源連接子，其通透性、可調(diào)性、導電率可不同。ConnexinsConnexonsHomomericHeteromericHomotypicHeterotypicIntercellularchannels28第二十八頁，共47頁。CellJunction&ExtracellularMetrix29第二十九頁，共47頁。

如：心肌細胞Cx43心臟電傳導細胞Cx40，這兩者的連接子蛋白形成間隙連接的時，連接子之間便沒有通訊功能間隙連接的重要功能就是細胞通訊，即一個細胞的訊息通過化學遞質(zhì)或電信號傳遞給另一個細胞，使靶細胞產(chǎn)生相應的效應代謝偶聯(lián)（metaboliccoupling）

，又稱化學偶聯(lián)（chemicalcoupling）：1000-1500Da的無機離子或水溶性小分子直接通過細胞，使代謝產(chǎn)物迅速平均分配到相鄰細胞中，形成代謝偶聯(lián)。這種功能在胚胎發(fā)育早期特別重要。從鼠胚的發(fā)育；神經(jīng)管形成通透性可調(diào)節(jié)，pH降低、鈣離子升高均可降低甚至關閉間隙連接通透性。腫瘤細胞這種功能降低或喪失細胞連接（CellJunction）通訊連接間隙連接30第三十頁，共47頁。電偶聯(lián)（electriccoupling），又稱離子偶聯(lián)（ioniccoupling）：在具有電興奮性的細胞間，帶電離子通過連接子，由于離子流動而產(chǎn)生相應電位信號變化，而引起一系列細胞生理學變化。如心肌收縮和舒張、小腸平滑肌收縮蠕動；神經(jīng)細胞傳遞動作電位、一些上皮細胞的纖毛協(xié)調(diào)擺動

化學突觸主要存在于神經(jīng)細胞間、神經(jīng)細胞與肌細胞的接觸部位（生理詳講內(nèi)容）細胞連接（CellJunction）通訊連接31第三十一頁，共47頁。

橋粒半橋粒緊密連接縫隙連接黏著帶黏著斑第三十二頁，共47頁。各類連接的比較第三十三頁，共47頁。細胞黏附分子與細胞粘連細胞黏附分子(celladhesionmolecules,CAM)是廣泛存在于細胞膜上的一類跨膜糖蛋白，是介導細胞與細胞之間、或細胞與細胞外基質(zhì)之間相互結(jié)合并起黏附作用的一類細胞表面分子。鈣粘素選擇素整聯(lián)蛋白免疫球蛋白超家族34第三十四頁，共47頁。細胞粘附分子可分為三部分較長胞外區(qū)，其N-端帶有糖鏈，是與配體識別部位跨膜區(qū)，多為一次性跨膜蛋白胞質(zhì)區(qū)，肽鏈的C-端，一般較小，可與之膜下的細胞骨架成分或胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導分子結(jié)合，從而介導黏附細胞黏附分子與細胞粘連三種方式介導細胞識別與黏著同親型結(jié)合（homophilicbinding）同種分子識別與黏著異親型結(jié)合（hetrophilicbinding）異種分子識別與黏著連接分子依賴性結(jié)合（linker-dependentbinding）依賴連接分子介導35第三十五頁，共47頁。鈣粘素(cadherin)，也稱鈣粘蛋白，是一類依賴鈣離子的同親型細胞粘附分子，在胚胎發(fā)育的細胞識別、遷移、分化以及組織器官的構筑中起重要作用。細胞黏附分子與細胞粘連分子結(jié)構多為單次跨膜蛋白，700-750aa(氨基酸殘基)，常以同源二聚體的形式存在胞外區(qū)約110aa，常折疊成5個重復結(jié)構域，Ca2+在重復結(jié)構之間將胞外區(qū)鎖定成棒狀結(jié)構。Ca2+越多，鈣粘素剛性結(jié)構越強去除Ca2+

，胞外區(qū)便松軟，易被蛋白酶水解胞內(nèi)部分高度保守，通過附著蛋白與細胞骨架相連36第三十六頁，共47頁。鈣粘素功能細胞黏附分子與細胞粘連鈣粘素介導細胞與細胞之間的同親型細胞粘附，鈣粘素在特定組織選擇性表達胚胎、成人的組織中同類細胞的識別黏著，如：E-鈣粘素介導上皮細胞粘合在個體發(fā)育中影響細胞分化，參與組織器官的形成參與細胞之間穩(wěn)定的特化連接結(jié)構錨定連接在錨定連接過程中起調(diào)節(jié)信號的作用。如：VE-鈣粘素37第三十七頁，共47頁。選擇素（selectin）屬于一個膜整合糖蛋白家族，是一類依賴Ca2+的異親型細胞粘附分子，能特異性的識別其他細胞表面寡糖鏈中的特定糖基。細胞黏附分子與細胞粘連選擇素L-選擇素（L-selectin）最早在淋巴細胞被發(fā)現(xiàn)，在各種白細胞都表達P-選擇素（P-selectin）存在于血小板和內(nèi)皮細胞E-選擇素（E-selectin）存在于上皮細胞中38第三十八頁，共47頁。選擇素分子結(jié)構

單次跨膜蛋白細胞黏附分子與細胞粘連選擇素L-selectinE-selectinP-selectinExtracellularL-likedomain凝集素結(jié)構域，識別特異糖基EGF-likedomain表皮生長因子樣結(jié)構域Structuraldomain與補體蛋白同源的結(jié)構性結(jié)構域糖蛋白寡糖殘基GlcNAcGalSiAFucSO4α1→3α2→3β1→4糖基配體的詳細結(jié)構糖基39第三十九頁，共47頁。選擇素的功能參與白細胞與血管內(nèi)皮細胞或血小板的識別與黏附，幫助白細胞進入炎癥部位。炎癥部位，血管內(nèi)皮表達E-選擇素識別白細胞和血小板的寡糖鏈，白細胞滾動運動細胞黏附分子與細胞粘連選擇素弱黏附及滾動（選擇素依賴）強黏附及遷移（整聯(lián)蛋白依賴）組織內(nèi)皮細胞基膜血管選擇素及整聯(lián)蛋白介導白細胞遷移40第四十頁，共47頁。免疫球蛋白超家族（immunoglobulinsuperfamily,IgSF）是一類分子結(jié)構中含有類似免疫球蛋白結(jié)構域（(Ig結(jié)構域)、不依賴Ca2+的細胞粘附分子細胞黏附分子與細胞粘連免疫球蛋白超家族每一個Ig結(jié)構域都是由90-110aa形成的一個緊密折疊結(jié)構，其間有二硫鍵相連IgSF大多介導淋巴細胞和免疫應答細胞之間的特異的相互作用；一些IgSF介導非免疫細胞的黏著IgSF成員復雜，包括多個粘附分子家族，如介導同親型神經(jīng)細胞粘附分子N-CAM介導異親型細胞間粘附分子I-CAM、血管細胞粘附分子V-CAM41第四十一頁，共47頁。N-CAM許多細胞表達，包括神經(jīng)細胞20余種胞外區(qū)有5個Ig-樣結(jié)構域，與相鄰細胞以同親型方式黏著，與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、軸突的生長和再生、突觸的形成關系密切細胞黏附分子與細胞粘連免疫球蛋白超家族Ig-樣結(jié)構域III型纖粘連蛋白結(jié)構域N-CAM分子結(jié)構N-CAM同親型黏著42第四十二頁，共47頁。異親型血管細胞粘附分子（V-CAM）可表達于血管內(nèi)皮細胞表面，可結(jié)合白細胞表面整聯(lián)蛋白α4β1細胞間粘附分子（I-CAM）可表達于血管內(nèi)皮細胞表面，結(jié)合白細胞表面整聯(lián)蛋白αLβ2或巨噬細胞表面整聯(lián)蛋白αMβ2V-CAM