细胞生物学 第十章 细胞连接与细胞黏附 提纲

第十章 细胞连接与细胞黏附 封闭连接 细胞连接细胞连接 锚定连接 通讯连接 一 封闭连接（紧密连接） 分布于 各种上皮细胞，如 消化道上皮、膀胱上皮、睾丸曲细精管生精上皮的支持细 胞基部、腺体的上皮细胞 管腔面的顶端侧面区域、脑毛细血管内皮细胞之间 等 跨膜蛋白颗粒形成的 封闭索，交错形成网状，环绕每个上皮细胞的顶部，连接相邻细 胞，封闭细胞间隙，防止小分子 从细胞一侧 经过细胞间隙 进入另一侧 穿膜蛋白 闭合蛋白 occludin 45kD 的四次穿膜蛋白 C 端与 N 端 均伸向细胞质 封闭蛋白 claudin 20-27kD 的四次穿膜蛋白 C 端与 N 端 均伸向细胞质 胞质外周蛋白 PDZ 蛋白、ZO 家族。 。 。 紧密连接的两个主要功能：紧密连接的两个主要功能： 1 封闭上皮细胞的间隙，形成与外界隔离的封闭带，防止细胞外物质 无选择地通过细胞间 隙进入组织，或从组织回流入腔中，保持内环境的稳定 。 如：血脑屏障如：血脑屏障 blood-brain barrier、血睾屏障、血睾屏障 blood-testis barrier 保护器官免受异物伤害 2 形成上皮细胞质膜蛋白 与膜脂分子侧向扩散的屏障，维持上皮细胞的极性。如紧密连接 限制膜蛋白、膜脂分子流动性， 保证在小肠上皮内胞质营养物质运转的方向性，还将上皮 细胞联合成一个整体 二 锚定连接 由细胞骨架纤维参与，存在于相互接触的细胞间或细胞与细胞外基质之间细胞间或细胞与细胞外基质之间的细胞连接； 主要作用主要作用是 形成能够抵抗机械张力的牢固粘合；广泛分布于分布于动物各种组织中，特别是 上 皮、心肌和子宫颈等需要承受机械压力的组织 细胞与细胞间细胞与细胞间的黏着连接黏着带黏着带 adhesion belt 黏着连接黏着连接 adhering junction 细胞与细胞外基质间细胞与细胞外基质间的黏合连接黏着斑黏着斑 与肌动蛋白纤维 相连的锚定连接 adhesion plaque 桥粒连接桥粒连接 desmosome junction 细胞与细胞间细胞与细胞间的连接 桥粒桥粒 desmosome 与中间纤维 相连的锚定连接 细胞与细胞外基质间细胞与细胞外基质间的连接 半桥粒半桥粒 hemidesmosome 细胞内锚定蛋白细胞内锚定蛋白 intracellular anchor proteins：在细胞膜的胞质面形成一个突出的斑，并将 连接复合体与肌动蛋白纤维/中间纤维相连 穿膜黏着蛋白穿膜黏着蛋白 transmembrane adhension proteins：其胞质区域连接细胞内锚定蛋白，其细胞 外区域与细胞外基质蛋白或相邻细胞特异的穿膜黏着蛋白 （一）（一）黏着连接是由肌动蛋白丝参与的锚定连接黏着连接是由肌动蛋白丝参与的锚定连接 1 黏着带黏着带 位于上皮细胞 紧密连接的下方，是相邻细胞之间形成的一个 连续的带状结构连续的带状结构 参与形成 黏着带 的穿膜黏着蛋白 称：钙黏着蛋白钙黏着蛋白 cadherin，是 Ca2+依赖性细胞 黏附分子 胞内 锚定蛋白： 、 联蛋白(catenins)， -辅肌动蛋白(actinin)、黏着 斑蛋白(vinculin)等，锚定锚定 肌动蛋白丝肌动蛋白丝 2 作用作用 1 在维持 细胞形态和组织器官完整性 2 为上皮细胞、心肌细胞 提供了抵抗机械张力的 牢固黏合 2 黏着斑黏着斑 位于上皮细胞基底部，是细胞通过局部黏附与 细胞外基质细胞外基质之间形成的 黏合连 接 参与黏着斑 连接的 穿膜黏着蛋白 是整联蛋白整联蛋白 integrin，也称 整合素；其胞外 部分与 细胞外基质(纤连蛋白、胶原) 相连，胞内部分通过 锚定蛋白 与肌动蛋白丝 相连 黏着斑部位的锚定蛋白锚定蛋白有：踝蛋白 talin、 -辅肌动蛋白、细丝蛋白 filamin、 纽 蛋白 vinculin 等 黏着斑 在肌细胞、肌腱(主要是 胶原) 形成的连接中 很常见 体外培养细胞体外培养细胞 常通过 黏着斑 附着于 培养皿表面，黏着斑的形成、解离 对细 胞的 铺展和迁移 有重要意义 （二）桥粒连接是由中间纤维介导的锚定连接（二）桥粒连接是由中间纤维介导的锚定连接 桥粒连接桥粒连接 广泛分布于 承受强拉力的组织中，如 皮肤、心肌、消化道、膀胱、子宫、阴道 等处的上皮细胞之间；根据分布位置分布位置，分为：桥粒、半桥粒桥粒、半桥粒 两种两种 1 桥粒桥粒 位于 上皮细胞 黏着带下方黏着带下方，是相邻细胞接触点上的一种 类似斑点状（纽扣）斑点状（纽扣）的 结构 桥粒斑（中间纤维附着部位）由多种蛋白组成包括 桥粒斑珠蛋白 plakoglobin、 桥粒斑蛋白 desmoplakin 不同组织的细胞中 附着于桥粒斑的 中间纤维不同 胰蛋白酶、胶原酶、透明质酸酶、 Ca2+螯合剂，均能破坏 桥粒结构 桥粒破坏：自身免疫缺陷病天疱疮 2 半桥粒半桥粒 上皮细胞上皮细胞 与基膜与基膜 之间的连接装置，结构仅为 桥粒的一半 半桥粒的胞质斑 由网蛋白网蛋白 plectin 组成，与胞内中间纤维相连；半桥粒的跨膜 黏着蛋白是 整联蛋白整联蛋白 integrin、穿膜蛋白 BP180，与基底膜中的 层粘连蛋白 结合，从而将细胞与基底膜牢固锚定在一起 主要功能主要功能：把上皮细胞 与其下方的 基底膜连在一起，防止机械力造成的上皮 组织剥离 半桥粒破坏：大泡性类天疱疮；层粘连蛋白、整联蛋白 6 或 4 基因突变， 均引起 大泡性表皮松懈症，症状类似前者 三 通讯连接 通讯连接 communicating junction：进行细胞间的 电信号、化学信号的通讯联系，从而完成 群体细胞间的合作与协调 动物组织中 有两种通讯连接：间隙连接间隙连接 gap junction、化学突触化学突触 chemical synapse (一一) 间隙连接是动物组织中普遍存在的一种细胞连接方式间隙连接是动物组织中普遍存在的一种细胞连接方式 除骨骼肌细胞及血细胞外除骨骼肌细胞及血细胞外，几乎所有的动物组织细胞都利用间隙连接进行通讯连接 间隙连接的基本结构单位是 连接子连接子 connexon，长 7.5nm，外径 6nm，由 6 个相同或相似的 跨膜蛋白连接子蛋白连接子蛋白 connexin（都有 4 个保守的 a 螺旋穿膜区） 环绕而成，中央是 1.52nm 的亲水性通道 一个连接子 可以由不同连接子蛋白构成异源连接子异源连接子；也可由相同连接子蛋白构成 同源连接子同源连接子 3 不同连接子蛋白 构成的连接子，在通透性、导电率、可调节性方面是不同的，其分布具有 组织细胞特异性 重要功能是：加强相邻细胞的机械连接 介导细胞间通讯 间隙连接的通讯方式 代谢藕联 metabolic coupling 电藕联 electric coupling 1 代谢耦联代谢耦联 通过连接子形成亲水性通道，允许如 无机离子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸、维生素、 cAMP 等 从一个细胞迅速进入另一个细胞内，使代谢产物迅速平均分配到相邻细胞中，在 胚胎发育早期胚胎发育早期特别重要 间隙连接的通透性是 可以调节的，降低 pH，或升高 Ca2+离子浓度，均可降低 间 隙连接的通透性（细胞受损时， Ca2+大量进入细胞，导致间隙连接关闭，以免周围细胞 受到伤害；肿瘤细胞 间隙连接 明显减少或丧失，失去控制） 2 电耦联电耦联 其连接子 是种 离子通道离子通道，带电的离子 能通过间隙连接 达到相邻细胞 在具有 电兴奋性 的组织细胞间，广泛存在 电耦联现象；带电离子通过连接子，使 动作电位 从一个细胞扩散到另一个细胞，速度快而准确 （二）突触主要存在于神经细胞之间和神经细胞与肌细胞的接触部位（二）突触主要存在于神经细胞之间和神经细胞与肌细胞的接触部位 突触 电突触 细胞间形成间隙连接 速度快而准确 化学突触 化学突触 主要存在于 神经细胞之间、神经细胞与肌细胞神经细胞与肌细胞之间的接触部位，突触间 隙 20nm 宽，传递 神经递质，引起突触后膜动作电位，速度不及电突触。 钙黏着蛋白钙黏着蛋白 Cadherin 细胞黏附分子细胞黏附分子 选择素 Selectin 免疫球蛋白超家族 Ig-superfamily, Ig-SF 整联蛋白家族整联蛋白家族 integrin 细胞黏附分子可分为三部分：较长胞外区，其 N-端端带有糖链，是与配体识别部位； 跨膜区，多为一次性跨膜一次性跨膜蛋白； 胞质区，肽链的 C-端端，一般较小，可与质膜 下的细胞骨架成分 或 胞内的 信号转导分子 结合，从而 介导黏附 细胞黏附分子通过三种方式介导细胞识别与黏着： 同亲型结合 homophilic binding，相邻细胞表面的 同种同种黏附分子间的识别与黏着；如钙钙 黏着蛋白黏着蛋白主要以这种方式介导细胞黏附 异亲型结合 hetrophilic binding，不同种黏附分子间的识别与黏着，选择素和整联蛋白选择素和整联蛋白 主要靠这种方式 介导细胞黏附； 连接分子依赖性结合 linker-dependent binding，相邻细胞的黏附分子通过 连接分子介导， 才能相互识别与黏着 一 钙黏着蛋白家族 一类依赖于 Ca2+的 同亲型同亲型 细胞黏附 分子，在胚胎发育中的 细胞识别、迁移、分化，以 及组织器官 构筑中 起重要作用 典型钙黏着蛋白 上皮组织的 E-钙粘素 epithelial cadherin 神经组织的 N-钙粘素 胎盘(乳腺、表皮)P-钙粘素 （细胞黏着、信号转导） 4 血管内皮细胞 VE-钙粘素 等 非典型钙黏着蛋白 桥粒中的 介导细胞黏着 1 钙黏着蛋白分子结构钙黏着蛋白分子结构 单次单次跨膜糖蛋白 在质膜中常以同源二聚体形式存在 钙粘素的胞外区 约 110 氨基酸残基，常折叠成 5 个重复结构域个重复结构域， Ca2+结合在重复结构之间，将胞外区锁定在一起，形成棒状结构， 赋予钙粘素分子以强度结合 Ca2+越多，钙粘素刚性越强；去除 Ca2+，胞外区便变得松软，易被蛋白酶水解 2 钙黏着蛋白的功能钙黏着蛋白的功能 介导细胞与细胞之间的同亲性细胞 在个体发育中 影响细胞分化 参与细胞之间稳定的特化连接结构 3 钙黏着蛋白与疾病 钙粘素功能的 丧失，使恶性肿瘤 容易扩散；缺失 E-钙粘素 可导致 上皮肿瘤的发生； E-钙粘素 表达越多，细胞转移越少；升高恶性肿瘤细胞中 钙粘素的表达，有利于抑制肿 瘤 二 选择素 依赖于 Ca2+的 异亲性 细胞黏附分子 主要介导 白细胞与 血管内皮细胞 或血小板 的识别和暂时性黏附，帮助 白细胞、血小板 进入炎症部位 L-选择素(L-selectin)：最早在淋巴细胞被发现，在各种白细胞上都表达 P-选择素(P-selectin)：存在于血小板和内皮细胞 E-选择素(E-selectin)：存在于活化的内皮细胞中 1 选择素的分子结构选择素的分子结构 单次 跨膜糖蛋白 其胞外区胞外区 由三个独立结构域 组成： N-末端的 C 型凝集素(C lectin) 结构域 识别特异糖基，参与细胞间选择性黏附的 重 要活性部位 表皮生长因子(EGF)样 结构域 补体调节蛋白（CCP）同源结构域 3 种选择素 均可识别一类 特定的糖基， Ca2+参与该识别黏附过程表皮生长因子结构域、 补体结合蛋白结构域，具有加强分子间黏附 以及参与补体系统 调节等 作用 胞内区胞内区 可通过锚定蛋白与细胞内微丝结合 2 选择素的功能选择素的功能 主要功能是 参与白细胞 与血管内皮细胞或血小板的 识别 与黏附，帮助白细胞进入炎症部位 白细胞在炎症部位的血管中 黏附、分离、再黏附、再分离， 呈现滚动方式运动 随后激活了自身的整联蛋白，由整联蛋白介导 白细胞与血 钙离子对钙黏着蛋白的影响 5 管内皮的紧密结合，使白细胞 经内皮细胞间隙 迁移至组织 三 免疫球蛋白超家族 分子结构中 含有类似 免疫球蛋白结构域、不依赖 Ca2+的 细胞黏附分子 有的介导 同亲型 细胞黏着，如 各种神经细胞黏附分子 neural cell adhesion molecule, N- CAM，及血小板-内皮细胞黏附分子 PE-CAM 有的介导 异亲型 细胞黏着，如 细胞间粘附分子 I-CAM、血管细胞粘附分子 V-CAM 等 大多 IgSF 介导淋巴细胞和 免疫应答细胞之间的 特异的相互作用 一些 IgSF 成员，如 N-CAM 介导 非免疫细胞的黏着 1 Ig-SF 黏附分子的功能黏附分子的功能 所有 N-CAM 的胞外区 都有 5 个 Ig 样 结构域,通过 同亲型黏着机制 与相邻细胞同类分子 结合黏附载一起，与神经系统的发育、轴突的生长和再生、突触的形成关系密切 N-CAM 的基因缺陷 可引起智力发育迟缓和其他神经系统病变 一些 Ig-SF 成员 通过异亲型细胞黏附机制 参与细胞黏附 2 Ig-SF 黏附分子与医学黏附分子与医学 神经细胞黏附分子 L1(N-CAM-L1) 主要在神经细胞表达，与神经元之间的黏附及相互作用 有关 I-CAM、V-CAM、PE-CAM 在免疫排斥反应中 具有重要作用；如 I-CAM 介导 肿瘤细胞 与白细胞的黏附，肿瘤细胞 I-CAM 表达降低 可能与肿瘤细胞 逃逸免疫监视 有关 四 整联蛋白家族（整合素） 一类普遍存在于脊椎动物细胞表面，依赖 Ca2+或 Mg2+的异亲型细胞粘附分子，介导 细 胞-细胞 或 细胞-细胞外基质的相互识别和黏附，具有联系细胞内（细胞骨架）外的功 能 1 整联蛋白是由整联蛋白是由 和和 两个亚基形成的异二聚体跨膜蛋白两个亚基形成的异二聚体跨膜蛋白 亚基 和 亚基 均由 胞外区、跨膜区、胞内区 三个部分组成； 其胞外区的 头部区 与配体结合 胞内区 很短，只含有 3050 个氨基酸，可通过与 胞内的一些 连接蛋白 (踝蛋白、 辅肌动蛋白、Filamin、纽蛋白) 与细胞内的 肌动蛋白丝等 骨架成分 相互作用 胞外区可与 纤粘连蛋白、层粘连蛋白、胶原等 含有 Arg-Gly-Asp (RGD) 三肽序列的细胞外基质成分 结合，介导细胞与 细胞外基质的黏着，如 黏着斑、半桥粒。 不同细胞 表达的整联蛋白 在组成上 不尽相同； 一种整联蛋白