第十章细胞连接与粘附

第十章细胞连接与细胞黏附柯琼（）生物教研室干细胞与组织工程研究中心细胞连接封闭连接（紧密连接）锚定连接（黏着连接、桥粒连接）通讯连接（间隙连接、突触）细胞粘附和细胞粘附分子钙黏着蛋白选择素免疫球蛋白超家族整联蛋白细胞连接（celljunction）

细胞与细胞之间、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。根据细胞连接的结构和功能，分为三类：封闭连接(occludingjunction)锚定连接(anchoringjunction)通讯连接(communicatingjunction)细胞连接紧密连接（tightjunction）

是人和脊椎动物体内唯一的的封闭连接类型。分布于各种上皮细胞透射电镜照片冰冻蚀刻技术结合扫描电镜照片细胞连接结构特点连接处相邻细胞质膜以断续的点连在一起，接触部位没有缝隙。点由特殊的跨膜蛋白构成，排列成封闭索，交错形成网状，环绕每个上皮细胞的顶部。不同组织的紧密连接对一些小分子的密封程度与封闭索的层数有关，层数越多，封闭作用越强。细胞连接封闭索细胞连接冰冻断裂复型显示细胞紧密连接细胞连接细胞连接细胞连接参与紧密连接形成的跨膜蛋白

约有数十种，如密封蛋白(claudin)、闭合蛋白(occludin)、ZO蛋白(Zonulaoccluden)等。

肾小管上皮细胞从原尿中重吸收Mg2+时需要密封蛋白（claudin-16）的存在，如果此蛋白的基因突变，将引起Mg2+从尿中大量丢失。Occludin

Claudin

细胞连接claudinoccludin细胞连接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，保持内环境的稳定。

2）形成上皮细胞质膜与膜脂分子侧向扩散的屏障，维持上皮细胞的极性

通过阻碍细胞膜蛋白相互移动，保证物质转运的方向性；同时，防止小分子物质从细胞之间的空隙返流。同时还具有连接、支持作用。细胞连接细胞连接封闭连接（紧密连接）锚定连接（黏着连接、桥粒连接）通讯连接（间隙连接、突触）细胞粘附和细胞粘附分子钙黏着蛋白选择素免疫球蛋白超家族整联蛋白锚定连接（anchoringjunction）

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的细胞连接。广泛分布于动物各种组织中。种类参与的细胞骨架类型锚定部位主要分布黏着连接Adheringjunction黏着带Adhesionbelt肌动蛋白丝细胞-细胞连接上皮细胞黏着斑Adhesionplaque肌动蛋白丝细胞-细胞外基质连接上皮细胞基部桥粒连接Desmosomejunction桥粒Desmosome中间纤维细胞-细胞连接心肌细胞上皮细胞半桥粒Hemidesmosome中间纤维细胞-细胞外基质连接上皮细胞基部细胞连接细胞连接锚定连接的主要作用：

形成能够抵抗机械张力的牢固粘合。锚定连接中的2大类结构蛋白

细胞内锚定蛋白：在细胞膜的胞质面形成一个突出的斑，并将连接复合体与细胞骨架相连。

穿膜黏着蛋白：其胞质区域连接一个或多个细胞内锚定蛋白，其细胞外区域与细胞外基质或另一个细胞的跨膜粘连蛋白的细胞外区域相互作用。细胞连接黏着连接是由肌动蛋白丝参与的锚定连接黏着带

（adhesionbelt），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。黏着带处相邻的细胞质膜间的间隙15~30nm，间隙两侧的质膜通过伸出的穿膜黏着蛋白相互黏合。粘合带钙粘素相邻细胞的质膜紧密连接肌动蛋白纤维束基底面细胞连接参与黏着带形成的蛋白穿膜黏着蛋白为钙黏着蛋白(cadherin)，胞外部分介导相邻细胞的相互结合。细胞内锚定蛋白为α、β、γ联蛋白(catenins)，α-辅肌动蛋白(actinin)、纽蛋白(vinculin)等，锚定肌动蛋白纤维（微丝）。

细胞连接黏着带的作用1）为上皮细胞、心肌细胞提供了抵抗机械张力的牢固黏合，在维持细胞形态和组织器官完整性方面具有重要作用。细胞连接黏着带的作用2）由于微丝束具有收缩功能，黏着带在动物胚胎发育中使上皮内陷形成管状、泡状原基，对形态发生起重要作用。细胞连接细胞连接纽蛋白踝蛋白张力蛋白整联蛋白胞外基质黏着复合物微丝黏着斑（adhesionplaque/focaladhesions）

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。黏着斑在肌细胞、肌腱(主要是胶原)形成的连接中很常见。参与黏着斑的蛋白组成穿膜黏着蛋白是整联蛋白(integrin)；锚定蛋白有：踝蛋白talin、α-辅肌动蛋白、细丝蛋白filamin、纽蛋白vinculin等。微丝(绿色)纽蛋白(红色)细胞连接黏着斑的作用

1)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)参与信号转导细胞连接桥粒连接是由中间纤维参与的锚定连接广泛分布于承受强拉力的组织中

（比黏着带具有更强的抗拉抗撕裂能力）根据分布位置，分为：桥粒、半桥粒两种。细胞连接桥粒desmosome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。桥粒连接处相邻质膜间的间隙约20-30nm，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0.5μm，称为桥粒斑（desmosomalplaque）。细胞连接桥粒的蛋白组成细胞内锚定蛋白：桥粒斑珠蛋白plakoglobin、桥粒斑蛋白desmoplakin，形成桥粒斑穿膜黏着蛋白包括：桥粒黏蛋白desmoglein、桥粒胶蛋白desmocollin，属于钙黏着蛋白家族成员，介导细胞间连接。细胞连接角蛋白丝keratinfilaments——上皮细胞结蛋白丝desminfilaments——心肌细胞中间纤维附着于桥粒斑，具有组织特异性细胞连接桥粒的作用1）增强组织抵抗外来张力、压力及撕裂力的能力。

细胞连接桥粒的作用2）维持上皮细胞的结构。利用胰蛋白酶、胶原酶、透明质酸酶、Ca2+螯合剂，均能破坏桥粒结构，从而分散细胞。

一种自身免疫缺陷病——天疱疮pemphigus，患者自身产生抗桥粒跨膜粘连蛋白抗体，导致桥粒破坏，组织液通过细胞间隙渗入皮肤，引起严重的皮肤水泡，甚至危及生命。细胞连接半桥粒（hemidesmosome）上皮细胞与基底膜之间的连接装置，仅为桥粒的一半。半桥粒的胞质斑由网蛋白plectin组成，连接中间纤维。半桥粒的穿膜黏着蛋白是整联蛋白integrin，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。细胞连接半桥粒主要功能

——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。细胞连接抗半桥粒自身抗体，导致老年人的大泡性类天疱疮；层粘连蛋白、整联蛋白α6或β4基因突变，均引起大泡性表皮松懈症，症状类似前者。细胞连接封闭连接（紧密连接）锚定连接（黏着连接、桥粒连接）通讯连接（间隙连接、突触）细胞粘附和细胞粘附分子钙黏着蛋白选择素免疫球蛋白超家族整联蛋白通讯连接communicatingjunction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。

动物组织中有两种通讯连接：间隙连接gapjunction突触synapse间隙连接细胞连接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部位相邻细胞膜之间有2~3nm的缝隙。

许多间隙连接单位往往集结在一起呈斑块状，大小不一，最大直径达0.3μm。一个间隙连接处的连接子数目由几个到几千几万个。细胞连接间隙连接的基本结构单位是连接子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。相邻质膜上的两个连接子相对接在一起，中央是1.5~2nm的亲水性通道。细胞连接细胞连接已知的人和小鼠的连接蛋白Heteromeric连接子蛋白目前有20多种。异源连接子：由不同连接子蛋白构成同源连接子：由相同连接子蛋白构成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。细胞连接间隙连接的一个重要功能是介导细胞间通讯。细胞通讯cellcommunication：指一个细胞的信息通过化学递质或电信号传递给另一个细胞，使靶细胞产生相应效应。按间隙连接的通讯方式，分为两种：代谢藕联、电藕联。细胞连接代谢耦联（metaboliccoupling）又称化学耦联chemicalcoupling：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。细胞连接通过观察小分子荧光物质的扩散情况可以了解细胞间间隙连接胞间通讯的能力。拓展细胞连接拓展代谢耦联的作用：

1）在胚胎发育早期，血液循环建立前，代谢耦联使物质平均分配，控制细胞分化。

2）细胞分化时，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。

此外，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。细胞连接电耦联electriccoupling又称离子耦联ioniccoupling，其连接子是种离子通道，带电的离子能通过间隙连接到达相邻细胞。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。

电偶联突触细胞连接突触（synapse）也是一种细胞通讯连接方式电兴奋细胞间可通过电突触、化学突触传递冲动信号。突触主要存在于神经元之间、神经元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。细胞连接细胞连接封闭连接（紧密连接）锚定连接（黏着连接、桥粒连接）通讯连接（间隙连接、突触）细胞粘附和细胞粘附分子钙黏着蛋白选择素免疫球蛋白超家族整联蛋白细胞黏附（celladhesion）

指在细胞识别的基础上，同类细胞发生聚集形成细胞团或组织的过程。细胞黏附分子(celladhesionmolecule,CAM)

是广泛存在于细胞膜上的一类跨膜糖蛋白，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。细胞黏附黏附分子在细胞骨架参与下，可以介导细胞形成锚定连接。钙黏着蛋白cadherin选择素selectin免疫球蛋白超家族Ig-superfamily整联蛋白integrin细胞黏附分子多需要依赖于二价阳离子Ca2+或Mg2+才起作用。细胞黏附细胞粘附分子结构特点：①较长胞外区，其N-端带有糖链，是与配体识别部位②跨膜区，多为一次性跨膜蛋白③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，从而介导黏附细胞黏附细胞黏附分子通过三种方式介导细胞识别与黏着①同亲型结合

homophilicbinding相邻细胞表面的同种黏附分子间的识别与黏着；②异亲型结合

hetrophilicbinding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；③连接分子依赖性结合

linker-dependentbinding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。细胞黏附钙黏着蛋白家族也称钙粘素、钙粘蛋白，是一类依赖于Ca2+的同亲型细胞黏附分子，在胚胎发育中的细胞识别、迁移、组织分化，以及成体组织器官构成中起重要作用。分布于不同组织，介导形成细胞连接及信号转导等。主要类型：E-钙黏着蛋白(epithelialcadherin)——上皮组织N-钙黏着蛋白(neuralcadherin)——神经组织P-钙黏着蛋白(placentalcadherin)——胎盘(乳腺、表皮)VE-钙黏着蛋白(vascularendothelialcadherin)——血管内皮细胞细胞黏附钙黏着蛋白分子结构700~750个aa，单次穿膜糖蛋白在质膜中常以同源二聚体形式存在。胞外区常折叠成5个重复结构域，每个结构域约110aa。（书上有误）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，结合Ca2+越多，钙黏着蛋白刚性越强。钙粘素胞内部分高度保守，通过胞内锚定蛋白与细胞骨架相连。细胞黏附钙黏着蛋白的功能①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；②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；细胞黏附E-cadherin介导胚胎的细胞连接并参与发育调控细胞黏附③参与细胞之间稳定的特化连接结构：在黏着带连接中，钙黏着蛋白的胞内区通过α、β连环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。细胞黏附钙黏着蛋白与疾病

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：因此人为升高恶性肿瘤细胞中钙黏着蛋白的表达，有利于抑制肿瘤。细胞黏附上皮-间质转型Epithelial-MesenchymalTransition(EMT)

上皮-间质转型Epithelial-MesenchymalTransition(EMT)

细胞黏附细胞连接封闭连接（紧密连接）锚定连接（黏着连接、桥粒连接）通讯连接（间隙连接、突触）细胞粘附和细胞粘附分子钙黏着蛋白选择素免疫球蛋白超家族整联蛋白选择素selectin选择素是一类依赖于Ca2+的异亲型细胞黏附分子，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。选择素家族包括3种成员：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细胞黏附选择素的分子结构Ca2+依赖单次跨膜糖蛋白胞外区由三个独立结构域组成：N-末端的C型凝集素(Clectin)样结构域，识别特异糖基表皮生长因子(EGF)样结构域补体调节蛋白（CCP）活性部位

后两者加强粘附并参与补体系统调节胞内区通过锚定蛋白与胞内微丝结合。细胞黏附粘附分子配体补体调节蛋白结构域P选择素糖蛋白配体-1细胞黏附选择素的功能

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。

细胞黏附在炎症部位，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。细胞连接封闭连接（紧密连接）锚定连接（黏着连接、桥粒连接）通讯连接（间隙连接、突触）细胞粘附和细胞粘附分子钙黏着蛋白选择素免疫球蛋白超家族整联蛋白免疫球蛋白超家族

immunoglobin-superfamily,Ig-SF一类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。胞外区由一个或多个免疫球蛋白(Ig)样结构域组成；每个Ig结构域都由90~110个aa形成的紧密折叠结构，以二硫键相连。细胞黏附IgSF成员复杂，包括多个粘附分子家族：同亲型细胞黏着——神经细胞黏附分子（N-CAM）血小板-内皮细胞黏附分子（PE-CAM）异亲型细胞黏着——细胞间粘附分子（I-CAM）血管细胞粘附分子（V-CAM）大多介导淋巴细胞和免疫应答细胞之间特异的相互作用；一些IgSF成员，介导非免疫细胞的黏着，如N-CAM细胞黏附Ig-SF黏附分子的功能N-CAM，是一类表达于神经细胞的Ig-SF黏附分子，由单一基因编码，mRNA的选择性剪接及糖基化的不同形成了20余种不同的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在一起，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。细胞黏附V-CAM，血管细胞粘附分子，表达于血管内皮细胞表面，结合白细胞表面整联蛋白α4β1，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。细胞黏附Ig-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；其基因突变个体，具有与胎儿酒精综合征（FAS）相似的表型。

FAS：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-L1I-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；I-CAM缺失的小鼠出现炎症反应缺陷。细胞黏附细胞连接封闭连接（紧密连接）锚定连接（黏着连接、桥粒连接）通讯连接（间隙连接、突触）细胞粘附和细胞粘附分子钙黏着蛋白选择素免疫球蛋白超家族整联蛋白整联蛋白家族（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。细胞黏附整联蛋白是由α和β两个亚基形成的异二聚体跨膜蛋白α亚基：24种β亚基：9种

两者形成的头部与配体结合。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可以结合多种配体，一种配体也可结合多种整联蛋白。}非共价键相连细胞黏附整合素的结构

α亚基和β亚基均由胞外区、跨膜区、胞内区三个部分组成。胞内区很短，只含有30~50个aa，可通过与胞内的一些锚定蛋白与细胞的骨架成分相互作用；胞外区可与含有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。细胞黏附整联蛋白的功能

①介导细胞间相互作用：一些细胞表面有与整联蛋白结合的特异性配体，如Ig-SF，可以介导细胞间的反应;β2亚基组成的整联蛋白使白细胞在感染部位的血管内皮细胞上黏附，白细胞以此迁移出血管，进入炎症部位;β3亚基组成的整联蛋白介导血小板的黏附，参与凝血过程。细胞黏附

②介导细胞与细胞外基质间的相互作用：β1亚基组成的整联蛋白其胞外区可与含有Arg-Gly-Asp(RGD)三肽序列的细胞外基质成分结合，使细胞黏着于细胞外基质上，将细胞外基质同细胞内的细胞骨架连成一个整体；整联蛋白与配体低亲和力，有利于细胞的运动或迁移。细胞黏附③整联蛋白在信号传递中发挥重要作用：整联蛋白与配体集结成簇，除建立牢固结合，又可启动信号转导；不同整联蛋白与不同配体结合，可产生各种各样的信号，从而调节细胞的运动、生长、增殖、分化、存活等。细胞黏附

整联蛋白参与的信号传递方向包括—“由内向外”(insideout)和“由外向内”(outsidein)“由内向外”的信号传导：这种从细胞内部控制整联蛋白与配体结合的方式，这对血小板和白细胞介导的黏附反应是非常重要的。细胞黏附“由外向内”的信号传导：整联蛋白作为受体结合胞外配体向胞内传导信号，调节细胞的增殖、粘附、存活及迁移等。整联蛋白与医学整联蛋白的胞外区识别结合RGD三肽序列，人工合成肽的RGD序列能竞争性阻断细胞与纤连蛋白的结合；半数的整联蛋白含有结合RGD的结构域，而RGD序列的发现，开辟了以受体-配体相互作用为基础的新的基本治疗手段；药厂设计出“非肽类抗凝血药物”Aggrastat等，类似RGD结构，只结合血小板整联蛋白，防止血凝块形成。细胞黏附紧密连接黏着带桥粒间隙连接半桥粒粘着斑钙黏着蛋白整联蛋白选择素基膜中间纤维肌动蛋白丝细胞连接细胞粘附Ig样黏附分子细胞连接细胞连接作用形式类型主要的跨膜蛋白连接的细胞骨架细胞--细胞外基质黏着