细胞生物学之笔记--第10章细胞连接与细胞黏附

1、第10章 细胞连接与细胞黏附 分布！结构！功能！第1节 细胞连接细胞连接cell junction：人和多细胞动物体内除结缔组织和血液外，各种组织的细胞之间按一定的排列方式，在相邻细胞表面形成各种连接结构，以加强细胞间的机械联系和维持组织结构的完整性、协调性，这种细胞表面与其他细胞或细胞外基质结合的特化区称为细胞连接。1、 紧密连接tight junction封闭连接（occluding junction）的唯一一种。² 分布：广泛分布在各种上皮细胞，如 消化道上皮、膀胱上皮、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区域、脑毛细血管内皮细胞之间 等² 特

2、征：“焊接线（嵴线）”两个相邻细胞质膜以断续的点状结构连在一起。非点接触处有10-15nm的细胞间隙。“封闭索sealing strand”由跨膜蛋白颗粒形成，交错形成网状，环绕在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。² 参与蛋白：40+种，主要是穿膜蛋白和胞质外周蛋白。穿膜蛋白中有两类已确定，闭合蛋白&密封蛋白。闭合蛋白Occludin65kD4次穿膜蛋白自己识别自己C端与N端 均伸向细胞质密封蛋白Claudin2027kD肾小管上皮Mg2+² 功能：封闭上皮细胞的间隙，形成一道与外界隔离的封闭带，防止细胞外物

3、质无选择地通过细胞间隙进入组织，或组织中的物质回流入腔中，保证组织内环境的稳定。形成上皮细胞膜蛋白与膜脂分子侧向扩散的屏障，从而维持上皮细胞的极性。2、 锚定连接anchoring junction 定义：一类由细胞骨架纤维参与、存在于细胞间或细胞与细胞外基质之间的连接结构 主要作用：形成能够抵抗机械张丽的牢固粘合 主要功能：参与组织器官形态和功能的维持、细胞的迁移运动&发育、分化等过程 分布：广泛分布在动物各种组织中，尤其需要承受机械力的组织（eg.上皮、心肌、子宫颈） 蛋白：细胞内锚定蛋白intracellular anchor protein 在细胞质面与特定的细胞骨架成分（肌动

4、蛋白丝或中间纤维）相连，另一侧与穿膜黏着蛋白连接。 穿膜黏着蛋白transmembrane adhesion protein，是一类细胞黏附分子，其胞内部分与胞内锚定蛋白相连，胞外部分与相连细胞特异 分类：（1） 黏着连接adhering junction是由肌动蛋白丝参与的锚定连接1. 黏着带adhesion belt² 定义：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装结构² 蛋白：钙黏着蛋白cadherin。是Ca2+依赖性黏附分子。在质膜中形成同源二聚体。² 胞内侧的锚定蛋白： 、连环蛋白(catenins)， -辅肌动蛋白(actini

5、n)、纽蛋白(vinculin)等，锚定肌动蛋白纤维 ² 作用：维持细胞形态和组织器官完整性。特别是为上皮细胞和心肌细胞提供了抵抗机械张力的牢固粘合。动物胚胎发育使上皮内陷形成管状、泡状器官原基，对形态发生起重要作用2. 黏着斑focal adhesion 定义：位于上皮细胞基底部，是细胞通过局部黏附与细胞外基质之间形成的黏着连接。 蛋白：整联蛋白integrin。其胞外部分与细胞外基质(纤连蛋白、胶原)受体与配体间的识别与结合相连，胞内部分通过锚定蛋白与肌动蛋白纤维相连 锚定蛋白:裸蛋白talin、-辅肌动蛋白、细丝蛋白filamin、纽蛋白vinculin 等 分布：在肌细胞、肌

6、腱(主要是胶原) 形成的连接中很常见 作用：黏着斑的形成、解离对细胞的铺展和迁移有重要意义。（体外培养细胞常通过黏着斑附着于培养皿表面）（2） 桥粒连接desmosome junction是由 中间纤维 参与的锚定连接分布：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，分为：桥粒、半桥粒 两种1. 桥粒desmosome 定义：位于上皮细胞黏合带下方，是相邻细胞接触点上的一种类似纽扣状的结构 桥粒斑：桥粒连接处相邻质膜间的间隙约30nm，质膜的胞质侧各有一个由细胞内锚定蛋白构成的胞质斑，直径0.5m，称为桥粒斑desmosomal pla

7、que 蛋白（桥粒斑）：桥粒斑由两种蛋白组成中间纤维附着部位：桥粒珠蛋白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，在上皮细胞中是角蛋白丝keratin filaments，心肌细胞中是结蛋白丝desmin filaments 蛋白（穿膜黏着蛋白）：桥粒黏蛋白（desmoglein）&桥粒胶蛋白（desmocollin）均为钙黏着蛋白家族 疾病：天疱疮2. 半桥粒hemidesmosome 定义：上皮细胞基底面与基膜之间的连接结构，因结构只有桥粒的一半而得名。 蛋白（胞质斑）：网蛋白plectin，可与细胞内中间纤维相连 蛋白

8、（穿膜蛋白）：整联蛋白64，另一种是穿膜蛋白180 功能：把上皮细胞与下方的基膜连接在一起，防止机械力造成上皮与其下方的组织剥离 疾病：大疱性类天疱疮3、 通讯连接communicating junction定义：在多数动物组织相邻细胞膜上存在特殊的连接通道，以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，这种连接形式称通讯连接（1） 间隙连接是动物组织中普遍存在的一种细胞连接方式 基本结构单位：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connexin 环绕而成，中央是1.52nm的亲水性通道。 结构：相邻质膜上的两个连接

9、子相对接在一起，通过中央孔道相通。一个间隙连接处的连接子数目由几个到几千几万个 蛋白：连接子蛋白发现了20多种，一个连接子可以由不同连接子蛋白构成异源连接子；也可由相同连接子蛋白构成同源连接子。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。Eg。心肌细胞连接子蛋白是Cx43，心脏 电传导系统细胞的连接子蛋白是Cx40，当这两种连接子蛋白形成间隙连接时，两种连接子之间没有通透功能，确保心脏器官不同类型细胞功能的相对独立 功能：加强相邻细胞间的机械连接。介导细胞间通讯。细胞通讯cell communication：指一个细胞的信息通过化学递质或电信号

10、传递给另一个细胞，使靶细胞产生相应效应 方式：代谢藕联 电藕联1. 代谢偶联metabolic couplingØ 定义：指小分子质量（小于1kD）代谢物和信号分子，在相邻细胞间通过间隙连接的传递。Ø 作用：使细胞共享小分子物质。连接子形成的1.5nm的亲水性通道，允许分子量 1000-1500 Da 以下的水溶性小分子，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，形成代谢偶联Ø 进而控制细胞的分化。在胚胎发育早期，代谢耦联 非常重要，在血液循环建立前，平均分配物质，控制细胞分化。细胞

11、分化时，不同组织的细胞间解耦联，但同组织的细胞间依旧相互耦联，保持发育的一致Ø 可调节性：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。胰高血糖素作用于肝细胞时的cAMP的扩散。2. 电偶联 electric coupling 定义：又称离子偶联 ionic coupling，其连接子是种离子通道，带电的离子能通过间隙连接达到相邻细胞 分布：在具有电兴奋性的组织细胞间，广泛存在电耦联现象； 作用方式：带电离子通过连接子，使动

12、作电位从一个细胞扩散到另一个细胞 作用特点：速度快而准确。Eg心肌细胞同步收缩和舒张，如破坏了电耦联，心脏停跳；小肠平滑肌通过电耦联，使收缩蠕动同步进行；神经细胞传递动作电位；某些上皮细胞 通过间隙连接使纤毛协调摆动（2） 突触synapse也是一种细胞通讯连接方式分类：突触分为化学突触和电突触 化学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。触间隙20nm宽，传递神经递质，引起突触后膜动作电位 电兴奋细胞间可通过电突触、化学突触 传递冲动信号第2节 细胞黏附cell adhesion 细胞黏附分子：cell adhesion molecule, CAM 是广泛存在于细胞膜上的一类

13、跨膜糖蛋白，是介导细胞与细胞之间、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 分类：钙粘素Cadherin、选择素Selectin、免疫球蛋白超家族Ig-superfamily, Ig-SF、整联蛋白integrin 特点：多依赖二价阳离子Ca2+或Mg2+才起作用。CAM在细胞骨架参与下，形成桥粒、半桥粒、黏合带、黏着斑等细胞连接结构 结构：CAM可分为三部分：较长胞外区，其N-端带有糖链，是与配体识别部位；跨膜区，多为一次性跨膜蛋白； 胞质区，肽链的C-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 识别、黏着方式：同亲型结合homophil

14、ic binding，相邻细胞表面的同种黏附分子间的识别与黏着；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1、 钙黏着蛋白家族cadherin（旧称钙粘素）特征：一类依赖于Ca2+的同亲型CAM功能：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分布：钙粘素在不同种类细胞、不同发育阶段，表达的数量和种类均不同。已鉴定出50多种钙黏着蛋白，分布于不同组织，如上皮组织的E-钙黏

15、着蛋白epithelial cadherin、神经组织的N-钙钙黏着蛋白、胎盘(乳腺、表皮)P-钙黏着蛋白、血管内皮细胞VE-钙黏着蛋白等1. 钙黏着蛋白分子结构多数钙粘素分子是单次跨膜糖蛋白，由700750个aa（氨基酸残基）组成，在质膜中常以同源二聚体形式存在钙黏着蛋白分子结构同源性很高，不同钙黏着蛋白之间有50%60%氨基序列相同钙黏着蛋白的胞外区约110aa，常折叠成5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，赋予钙黏着蛋白分子以强度。结合Ca2+越多，钙黏着蛋白刚性越强；去除Ca2+，胞外区便变得松软，易被蛋白酶水解钙黏着蛋白胞内部分高度保守，通过附

16、着蛋白 与细胞骨架相连2. 钙黏着蛋白的功能介导细胞与细胞之间的同亲性细胞粘附：胚胎、成人的组织中，同类细胞的相互识别黏着，如 E-钙黏着蛋白介导上皮细胞粘着。将编码E-钙黏着蛋白的基因转染到不表达钙黏着蛋白的成纤维细胞中，可促使成纤维细胞之间的Ca2+依赖性同亲性细胞黏附；抗E-钙黏着蛋白抗体可以抑制这种黏附在个体发育中 影响细胞分化，参与组织器官的形成：个体发育中通过控制钙黏着蛋白表达的种类与数量，而决定胚胎细胞间的相互作用，从而影响分化、组织器官的形成。参与细胞之间稳定的特化连接结构：在黏合带连接中，钙黏着蛋白的胞内区通过、联蛋白与肌动蛋白纤维 相连；而在桥粒连接中，钙黏着蛋白胞内区通过

17、胞质斑与中间纤维相连。一些钙黏着蛋白在锚定连接形成过程中，起调节信号的传递作用；如 VE-钙黏着蛋白不仅介导内皮细胞间的黏附，还传递生长因子信号到细胞内3. 钙黏着蛋白与疾病钙黏着蛋白功能的 丧失，使恶性肿瘤 容易扩散；缺失E-钙黏着蛋白可导致上皮肿瘤的发生； E-钙黏着蛋白表达越多，细胞转移越少；升高恶性肿瘤细胞中钙黏着蛋白的表达，有利于抑制肿瘤2、 选择素selectin特征：依赖于Ca2+的异亲性细胞黏附分子成员： L-选择素(L-selectin)：leukocyte 最早在淋巴细胞被发现，在各种白细胞上都表达活化后转运至细胞表面 P-选择素(P-selectin)：platelet

18、存在于血小板和内皮细胞 E-选择素(E-selectin)：endothelial存在于内皮细胞中归巢反应：淋巴器官的上皮细胞表达寡糖，能被淋巴细胞上的 L-selectin所识别，使淋巴细胞被淋巴器官捕获而走走停停，这个现象叫淋巴细胞的归巢反应。L-选择素就是这样最早被发现命名的1. 选择素的分子结构选择素是单次跨膜糖蛋白，其胞外区由三个独立结构域组成：N-末端的C型凝集素lectin 结构域 表皮生长因子EGF样结构域 补体结合蛋白同源结构域N-末端C型凝集素结构域：识别特异糖基，参与细胞间选择性黏附的重要活性部位。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

19、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选择素分子的胞内区可通过锚定蛋白与细胞内微丝结合2. 选择素的功能主要功能：能特异性识别其他细胞表面寡糖链中的特定糖基，介导白细胞与血管内皮细胞、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作用方式：在炎症部位，血管内皮表达E-选择素，可识别白细胞和血小板上的寡糖链，由于这种识别结合较弱，加上血流的冲刷，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管内皮的紧密结合，使白细胞经内皮细胞间隙迁移至组织3、 免疫球蛋白超家族immunoglobi

20、n-superfamily, Ig-SFü 特征：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ü 这类分子的胞外区由一个或多个免疫球蛋白(Ig)样结构域组成；每个Ig结构域都是由90110个aa形成的紧密折叠结构，其间有二硫键相连ü IgSF成员复杂，包括多个粘附分子家族，有的介导同亲型细胞黏着，有的介导异亲型细胞黏着大多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. lg-SF黏附分子的功能·N-CAM（神经细胞黏附分子）了解最多的是N-CAM，表达于神经细胞，由

21、单一基因编码，mRNA的选择性剪接及糖基化的不同形成了20余种 同的N-CAM，其配体也是N-CAM。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。·V-CAM（血管细胞粘附分子）异亲型细胞黏附，如 血管细胞粘附分子V-CAM，表达于血管内皮细胞表面，结合白细胞表面整联蛋白41，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，进而分泌水解酶穿过血管壁·I-CAM（细胞间粘附分子）有多种类型，体内分布范围

22、广，可表达于血管内皮细胞表面，结合白细胞表面整联蛋白，在炎症中发挥作用·PE-CAM（血小板-内皮细胞粘附分子）主要表达于内皮细胞和血小板，既可进行同亲型黏着，又可进行异亲型黏着，在血管内皮的紧密黏附中起主要作用2. lg-SF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；孕期过度饮酒，酒精可结合N-CAM-L1，致使胚胎小脑细胞间，丧失相互识别黏附能力，出现精神异常、颜面畸形；N-CAM-L1基因突变个体，具有相似表型 FAS·I-CAM、V-CAM、PE-CAM 在免疫排斥反应中具有重要作用；如

23、 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；I-CAM缺失的小鼠 出现炎症反应缺陷4、 整联蛋白家族 integrin又称 整合素，是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，具有联系细胞内外的功能1.整联蛋白是由和两个亚基形成的异二聚体跨膜蛋白目前鉴定出 24种不同的亚基 和9种亚基，相互以非共价键相连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aa，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)（精-甘-天冬）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