第十三章细胞连接与细胞黏徐晋

1、第十三章第十三章细胞连接与细胞黏附细胞连接与细胞黏附 (cell junction and cell adhesion)内容内容第一节第一节 细胞连接细胞连接第二节第二节 细胞黏附细胞黏附 细胞连接细胞连接(cell junction) ：相邻细胞之间、细胞与细：相邻细胞之间、细胞与细胞外基质之间在质膜接触区域特化形成的连接结构。胞外基质之间在质膜接触区域特化形成的连接结构。 分布：人和动物体内除结缔组织和血液外的各种组分布：人和动物体内除结缔组织和血液外的各种组织。织。 功能：加强细胞间的机械联系，维持组织结构的完功能：加强细胞间的机械联系，维持组织结构的完整性和协调功能。整性和协调功能。第

2、一节第一节 细胞连接细胞连接概述概述间隙连接间隙连接化学突触化学突触2. 锚定连接锚定连接3. 通讯连接通讯连接1. 封闭连接封闭连接 紧密连接紧密连接黏着连接：黏着带、黏着斑黏着连接：黏着带、黏着斑桥粒连接：桥粒、半桥粒桥粒连接：桥粒、半桥粒分类：根据分类：根据 结构和功能特点分三类结构和功能特点分三类功能分类功能分类结构分类结构分类主要特征主要特征主要分布主要分布封闭连接封闭连接紧密连接紧密连接相邻细胞膜形成封闭索相邻细胞膜形成封闭索上皮细胞上皮细胞锚定连接锚定连接黏着连接黏着连接肌动蛋白丝参与的锚定连接肌动蛋白丝参与的锚定连接黏着带黏着带细胞细胞-细胞连接细胞连接上皮细胞上皮细胞黏着斑黏

3、着斑细胞细胞-细胞外基质连接细胞外基质连接上皮细胞基底面上皮细胞基底面桥粒连接桥粒连接中间纤维参与的锚定连接中间纤维参与的锚定连接桥粒桥粒细胞细胞-细胞连接细胞连接心肌细胞、上皮细心肌细胞、上皮细胞胞半桥粒半桥粒细胞细胞-细胞外基质连接细胞外基质连接上皮细胞基底面上皮细胞基底面通讯连接通讯连接间隙连接间隙连接由连接子介导细胞通讯连接由连接子介导细胞通讯连接大多数动物细胞大多数动物细胞化学突触化学突触神经细胞突触通讯连接神经细胞突触通讯连接神经元和神经神经元和神经-肌细肌细胞间胞间细胞连接的类型细胞连接的类型一、封闭连接一、封闭连接 (tight junction)（一）紧密连接（一）紧密连接1

4、. 分布分布 广泛分布于各种上皮细胞，环绕每个上皮细广泛分布于各种上皮细胞，环绕每个上皮细胞顶部。胞顶部。2. 电镜下结构电镜下结构 两个相邻细胞质膜以断续的点连在一两个相邻细胞质膜以断续的点连在一起，特殊的跨膜蛋白排列形成蛋白质颗粒条索，交错起，特殊的跨膜蛋白排列形成蛋白质颗粒条索，交错成网状。成网状。电镜下紧密连接结构电镜下紧密连接结构 3. 分子组成分子组成 闭合蛋白（闭合蛋白（occludin） 密封蛋白（密封蛋白（claudin） 连接黏附分子（连接黏附分子（junctional adhesion molecules，jams） 紧密连接模式图紧密连接模式图 4. 紧密连接的主要功能

5、紧密连接的主要功能（1）封闭上皮细胞间隙，保证组织内环境的稳定。）封闭上皮细胞间隙，保证组织内环境的稳定。（2）形成上皮细胞质膜蛋白与膜质分子侧向扩散的屏）形成上皮细胞质膜蛋白与膜质分子侧向扩散的屏 障，维持上皮细胞的极性。障，维持上皮细胞的极性。（3）将上皮细胞连接成整体的机械连接作用。）将上皮细胞连接成整体的机械连接作用。紧密连接限制膜脂和膜蛋白的侧向扩散紧密连接限制膜脂和膜蛋白的侧向扩散二、锚定连接二、锚定连接 ( (anchoring junction) )锚定连接：锚定连接：是由细胞骨架纤维参与，存在于相互接触的是由细胞骨架纤维参与，存在于相互接触的 细胞之间，或细胞与细胞外基质之间

6、的连接。细胞之间，或细胞与细胞外基质之间的连接。分布：分布：广泛分布，如心肌、上皮、子宫颈等。广泛分布，如心肌、上皮、子宫颈等。功能：功能：形成能够抵抗机械张力的牢固黏合，参与组织器形成能够抵抗机械张力的牢固黏合，参与组织器 官形态和功官形态和功能的维持，细胞的迁移运动及发育分能的维持，细胞的迁移运动及发育分 化。化。 锚定连接包括两大类蛋白质：锚定连接包括两大类蛋白质： 细胞内锚定蛋白：细胞内锚定蛋白：一端将特定的细胞骨架成分与连一端将特定的细胞骨架成分与连 接复合体相连接，另一端与穿膜黏着蛋白连接。接复合体相连接，另一端与穿膜黏着蛋白连接。 穿膜黏着蛋白：穿膜黏着蛋白：胞内区与细胞内锚定蛋

7、白连接，胞胞内区与细胞内锚定蛋白连接，胞 外区域相邻特异的穿膜黏连蛋白或与细胞外基质蛋外区域相邻特异的穿膜黏连蛋白或与细胞外基质蛋 白结合。白结合。锚定连接的两类蛋白示意图锚定连接的两类蛋白示意图 分类：分类：（一）黏着连接：（一）黏着连接：与肌动蛋白纤维相连的锚定连接。与肌动蛋白纤维相连的锚定连接。包括黏着带和黏着斑。包括黏着带和黏着斑。1.1.黏着带黏着带分布部位：分布部位：位于上皮细位于上皮细胞顶端紧密胞顶端紧密连接的下方连接的下方紧密连接 黏着带肌动蛋白纤维细胞间隙(15-20nm)形态特征：形态特征：分子结构组成：分子结构组成： 穿膜黏着蛋白：钙黏着蛋白穿膜黏着蛋白：钙黏着蛋白 锚定

8、蛋白：锚定蛋白：、联蛋白联蛋白 ，黏着斑蛋白等，黏着斑蛋白等功能：功能：使相邻细胞的微丝束通过细胞内锚定蛋白和跨使相邻细胞的微丝束通过细胞内锚定蛋白和跨膜黏连蛋白连成广泛的跨膜网，连接组织为一个坚固的膜黏连蛋白连成广泛的跨膜网，连接组织为一个坚固的整体。整体。小肠上皮细胞之间黏着带结构模式图小肠上皮细胞之间黏着带结构模式图2.2.黏着斑黏着斑存在部位：位于上皮细胞基底部存在部位：位于上皮细胞基底部分子组成：分子组成： 穿膜黏着蛋白：整联蛋白穿膜黏着蛋白：整联蛋白 锚定蛋白：踝蛋白，肌动蛋白，锚定蛋白：踝蛋白，肌动蛋白，黏着斑蛋白黏着斑蛋白等等功能：介导细胞与细胞外基质的黏着；信号传导功能。功能

9、：介导细胞与细胞外基质的黏着；信号传导功能。 黏着斑的结构与功能黏着斑的结构与功能(二二) 桥粒连接：桥粒连接：与中间纤维相连的锚定连接。包与中间纤维相连的锚定连接。包括桥粒和半桥粒。括桥粒和半桥粒。1.桥粒桥粒(desmosome)分布部位：位于上皮细胞黏着带下方，是相邻细分布部位：位于上皮细胞黏着带下方，是相邻细胞接触点上一种类似纽扣状结构。胞接触点上一种类似纽扣状结构。形态特征：相邻细胞呈纽扣状铆连结构。形态特征：相邻细胞呈纽扣状铆连结构。桥粒的结构桥粒的结构a.桥粒的电镜照片桥粒的电镜照片 b.桥粒结构模式图桥粒结构模式图 分子组成：分子组成： 细胞内锚定蛋白：桥粒斑珠蛋白，桥粒斑蛋白

10、细胞内锚定蛋白：桥粒斑珠蛋白，桥粒斑蛋白 穿膜黏着蛋白：桥粒黏蛋白，桥粒胶蛋白穿膜黏着蛋白：桥粒黏蛋白，桥粒胶蛋白功能：形成坚韧、牢固的细胞连接。为整个上皮层功能：形成坚韧、牢固的细胞连接。为整个上皮层提供结构上的连续性和抗张性。提供结构上的连续性和抗张性。2.半桥粒半桥粒( (hemidesmosome) )存在部位：上皮细胞与基底膜之间存在部位：上皮细胞与基底膜之间形态结构：与桥粒相似形态结构：与桥粒相似半桥粒结构半桥粒结构a.半桥粒结构照片半桥粒结构照片 b.半桥粒结构模式图半桥粒结构模式图分子组成：分子组成： 锚定蛋白：网蛋白，构成胞质斑，可与细胞内的中锚定蛋白：网蛋白，构成胞质斑，可

11、与细胞内的中间纤维相连。间纤维相连。 穿膜黏着蛋白：整联蛋白，与基底膜层黏连蛋白黏穿膜黏着蛋白：整联蛋白，与基底膜层黏连蛋白黏附性结合。附性结合。功能：把上皮细胞和基底膜连接在一起，防止机械功能：把上皮细胞和基底膜连接在一起，防止机械力造成的上皮与下方的组织剥离。力造成的上皮与下方的组织剥离。三、通讯连接（三、通讯连接（communicating junction）通迅连接：通迅连接：生物体上大多数组织相邻细胞膜上存在生物体上大多数组织相邻细胞膜上存在特殊通道，以实现细胞间电信号和化学信号的通特殊通道，以实现细胞间电信号和化学信号的通迅联系，从而完成群体细胞间的合作与协调，这迅联系，从而完成群

12、体细胞间的合作与协调，这种连接方式为通迅连接。种连接方式为通迅连接。类型：类型：间隙连接与化学突触间隙连接与化学突触910nm细胞膜细胞膜细胞间隙细胞间隙24nm连接子连接子跨膜蛋白亚单位跨膜蛋白亚单位孔孔 道道1.5nm1.5nm（缝隙连接的基本单位）（缝隙连接的基本单位）（一）间隙连接（一）间隙连接 （gap junction）基本结构单位：基本结构单位：连接子连接子存在部位：存在部位：普遍存在于动物组织细胞间普遍存在于动物组织细胞间间隙连接间隙连接间隙连接的通讯方式：间隙连接的通讯方式： 代谢偶联代谢偶联：小分子代谢物和信号分子（分子量小于1500kd)即可通过缝隙连接的通道，由一个细胞

13、进入与之相邻的另一个细胞。电偶联：电偶联：带电离子通过缝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。功能：功能：加强相邻细胞之间的连接，介导细胞间的通讯。（二）化学突触（二）化学突触( (chemical synapse) )特点特点：化学突触介导的细胞通讯，有一个化学突触介导的细胞通讯，有一个“电信电信号号-化学信号化学信号-电信号电信号”的转换过程，是一种间接而的转换过程，是一种间接而慢速的信息传递形式。慢速的信息传递形式。功能：功能：可兴奋细胞间的连接方式，通过释放神经可兴奋细胞间的连接方式，通过释放神经递质来传导神经冲动。递质来传导神经冲动。存在部位：存在部位

14、：神经细胞之间及神经细胞与肌细胞的神经细胞之间及神经细胞与肌细胞的接触部位接触部位化学突触模式图化学突触模式图细细胞胞连连接接的的不不同同方方式式细胞黏附细胞黏附（cell adhesion）细胞通过黏附分子介导的细胞与细胞或细胞与细胞外基质之间的黏着。细胞黏附分子细胞黏附分子( (cell adhesion molecular，cam) )一类广泛存在于细胞膜上的穿膜糖蛋白，介导细胞之间或细胞与细胞外基质之间相互结合，并起黏附作用的一类细胞表面分子。第二节第二节 细胞黏附细胞黏附根据分子结构特点及作用方式，可分为四大类：根据分子结构特点及作用方式，可分为四大类： 钙黏着蛋白（钙黏着蛋白（ca

15、dherin） 选择素（选择素（selectin） 免疫球蛋白超家族（免疫球蛋白超家族（igsf） 整联蛋白（整联蛋白（integrin）细胞黏附分子结构组成：细胞黏附分子结构组成： 胞外区（胞外区（n端端)：带有糖链较长，与配体识别的部位。：带有糖链较长，与配体识别的部位。 穿膜区：多为一次穿膜的疏水区。穿膜区：多为一次穿膜的疏水区。 胞内区（胞内区（c端端)：较短，可与质膜下的细胞骨架成分及：较短，可与质膜下的细胞骨架成分及与胞内的信号转导分子结合，介导细胞之间、细胞与与胞内的信号转导分子结合，介导细胞之间、细胞与细胞外基质之间的黏着。细胞外基质之间的黏着。 细胞黏附分子介导细胞识别与黏着

16、的方式：细胞黏附分子介导细胞识别与黏着的方式： 同亲型结合：同亲型结合：相邻细胞表面的同种黏附分子间的相邻细胞表面的同种黏附分子间的相互识别与黏着，如钙黏着蛋白。相互识别与黏着，如钙黏着蛋白。 异亲型结合：异亲型结合：两相邻细胞表面的不同种黏附分子两相邻细胞表面的不同种黏附分子间的相互识别与黏着，如选择素和整联蛋白。间的相互识别与黏着，如选择素和整联蛋白。 连接分子依赖性结合：连接分子依赖性结合：即相邻细胞黏附分子间的即相邻细胞黏附分子间的通过连接分子中介才能相互识别与黏着。通过连接分子中介才能相互识别与黏着。一、钙黏着蛋白（一、钙黏着蛋白（cadherin）是一类依赖于ca2+的同亲型细胞黏

17、附分子。 1. 分类：分类：主要有e-钙黏着蛋白、n-钙黏着蛋白、 p-钙黏着蛋白、ve-钙黏着蛋白等。2. 分子结构分子结构单次穿膜蛋白，由单次穿膜蛋白，由700750个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成在质膜中常以同源二聚体的形式存在在质膜中常以同源二聚体的形式存在具有很高的结构同源性具有很高的结构同源性胞外区常折叠成胞外区常折叠成5个重复结构域，可结合钙离子，个重复结构域，可结合钙离子，赋予钙黏着蛋白分子刚度和强度，钙离子结合越赋予钙黏着蛋白分子刚度和强度，钙离子结合越多，刚性越强。多，刚性越强。a. 钙黏着蛋白分子钙黏着蛋白分子 b. 钙黏着蛋白重复子的三维结构钙黏着蛋白重复子的三维结构c

18、. ca2+对钙黏着蛋白的影响对钙黏着蛋白的影响3.3.钙黏着蛋白的功能钙黏着蛋白的功能介导细胞间同亲型细胞黏附介导细胞间同亲型细胞黏附在个体发育过程中影响细胞在个体发育过程中影响细胞分化，参与组织器官形成分化，参与组织器官形成参与细胞之间稳定的特化连参与细胞之间稳定的特化连接结构的形成接结构的形成 4.4.钙黏着蛋白与疾病钙黏着蛋白与疾病 钙黏素功能的丧失在恶性肿瘤中的扩散中起很重要的作用。如缺失e-钙黏素可导致上皮性肿瘤的发生。二、选择素（二、选择素（selectin）选择素：选择素：是一类依赖于ca2+的异亲性细胞黏附分子，能特异性识别其他细胞表面的寡糖链中的特定糖基。1. 选择素家族成

19、员选择素家族成员 主要有l-选择素、p-选择素、e-选择素等。2. 2. 选择素的分子结构选择素的分子结构 单次穿膜蛋白单次穿膜蛋白 胞外区由三个独立结构域组成：胞外区由三个独立结构域组成： n n末端凝集素结构域末端凝集素结构域：识别特异糖基，参与细 胞之间选择性黏附的重要活性部位。 表皮生长因子样结构域：表皮生长因子样结构域：加强分子间黏附 补体结合蛋白结构域：补体结合蛋白结构域：参与补体系统调节作 用 胞内区可通过锚定蛋白与细胞内微丝结合。胞内区可通过锚定蛋白与细胞内微丝结合。三三种种已已知知选选择择素素的的结结构构示示意意图图 3.3.选择素的功能选择素的功能参与白细胞或血小板与血管内

20、皮的识别，帮助白细参与白细胞或血小板与血管内皮的识别，帮助白细胞进入炎症部位。胞进入炎症部位。选择素及整联蛋白介导白细胞迁移选择素及整联蛋白介导白细胞迁移三、免疫球蛋白超家族（三、免疫球蛋白超家族（igsf） 是一类结构中含有类似免疫球蛋白的结构域，不依赖是一类结构中含有类似免疫球蛋白的结构域，不依赖于于ca2+的细胞黏附分子。的细胞黏附分子。1. igsf家族成员家族成员 同亲型黏附分子同亲型黏附分子：神经细胞黏附分子（神经细胞黏附分子（n-cam） 血小板血小板-内皮细胞黏附分子（内皮细胞黏附分子（pe- cam）异亲型黏附分子异亲型黏附分子：细胞间黏附分子（胞间黏附分子（i-cam），血

21、），血 管细胞黏附分子（管细胞黏附分子（v-cam）2. igsf分子结构分子结构胞外区由一个或多个免疫球蛋白（胞外区由一个或多个免疫球蛋白（ig）样结构域组成，）样结构域组成，每个每个ig结构域均由结构域均由90110个氨基酸残基形成紧密折叠个氨基酸残基形成紧密折叠结构，其间有二硫键相连接。结构，其间有二硫键相连接。3. 黏附机制黏附机制同亲型黏着机制：同亲型黏着机制：n-cam及及pe-cam。异亲型黏着机制：异亲型黏着机制：i-cam及及v-cam等。等。4. ig-sf黏附分子的功能黏附分子的功能（1）神经细胞黏附分子（）神经细胞黏附分子（n-cam）胞外区有胞外区有5个免疫球蛋白样结

22、构域个免疫球蛋白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通过同亲型黏着机制与相邻细胞同类分子结合黏附在一起附在一起神经系统的发育、轴突的生长神经系统的发育、轴突的生长及突触的形成有重及突触的形成有重要作用要作用。（2）血管细胞黏附分子（）血管细胞黏附分子（v-cam）通过异亲型细胞黏着机制参与细胞黏附。通过异亲型细胞黏着机制参与细胞黏附。与白细胞表面的整联蛋白结合，使白细胞沿内皮滚动与白细胞表面的整联蛋白结合，使白细胞沿内皮滚动并固着于炎症部位的血管内皮，发生铺展，进而分泌并固着于炎症部位的血管内皮，发生铺展，进而分泌水解酶而穿过血管壁。水解酶而穿过血管壁。（3）细胞间黏附分子（）细

23、胞间黏附分子（i-cam） i-cam在淋巴系统抗原识别、细胞毒在淋巴系统抗原识别、细胞毒t细胞功能发细胞功能发 挥及淋巴细胞的募集方面起重要作用。挥及淋巴细胞的募集方面起重要作用。 内皮细胞内皮细胞i-cam可通过与白细胞表面的整联蛋白分可通过与白细胞表面的整联蛋白分子结合，在炎症反应中发挥作用。子结合，在炎症反应中发挥作用。四、整联蛋白（四、整联蛋白（integrinintegrin） 又称整合素，是一类依赖又称整合素，是一类依赖于于ca2+和和mg2+的异的异亲性细胞黏附因子，介导细胞之间以及细胞与细亲性细胞黏附因子，介导细胞之间以及细胞与细胞外基质间的相互黏着和识别胞外基质间的相互黏着

24、和识别，具有联系细胞外，具有联系细胞外部因素与细胞骨架的作用。部因素与细胞骨架的作用。1. 整联蛋白的分子结构整联蛋白的分子结构 由由 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， 和和亚基均由胞外区、跨膜区和胞内区三个部分组亚基均由胞外区、跨膜区和胞内区三个部分组成。成。胞外区：胞外区：球状头部区，是整联蛋白分子与配体结球状头部区，是整联蛋白分子与配体结合部位，可通过自身结构域与含有合部位，可通过自身结构域与含有arg-gly-asp（rgd）三肽序列的细胞外基质成分结合，介导）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，如黏着斑和半桥粒。细胞与细胞外基质的黏着，如黏着斑和半桥粒。胞内区：胞内区：可通过可通过胞内的连接蛋白胞内的连接蛋