细胞与分子细胞生物学：第七章 细胞连接、细胞黏附与细胞外基质

第七章细胞连接、细胞黏附与细胞外基质1细胞连接是多细胞生物细胞间相互联系、协同作用的重要基础?2早期胚胎发育进程卵裂球滋养外胚层内细胞团KathyKNetal(2013)NatureProtocols8,10283早期胚胎发育进程—线虫SomaticcellsinmatureC.elegans:♂1031♀9594早期胚胎发育进程—线虫5CerebellarNetworkSkinwoundhealingSmallintestinalvilli细胞间有序组织实现生物学功能6本章学习要求细胞连接的概念和类型细胞黏附和粘附分子的概念细胞外基质的概念和功能掌握★熟悉细胞黏附的基本特性细胞外基质的主要成分及其在结缔组织的特点基膜的成分和功能及其在上皮组织的特点钙黏素和整合素的基本功能及其在上皮和结缔组织的特点了解连接性黏附和非连接性黏附的机制胶原分子的基本结构细胞外基质和细胞的相互关系；细胞外基质对细胞结构和功能的影响7第一节细胞连接第二节细胞黏附第三节细胞外基质8第一节细胞连接★细胞连接(celljunction)的概念

多细胞有机体中，相邻细胞之间通过形成各种连接结构，以加强细胞的机械联系和组织的牢固性，同时协调细胞间的代谢活动，这种连接结构称为细胞连接（celljunction）。

包括细胞间或细胞与细胞外基质之间的联系结构。9多细胞生物中细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间的一些特化的连接装置对机体的构建和功能非常重要多见于上皮组织★细胞连接(celljunction)的特点10★根据结构和功能不同，可将细胞连接分为3类：封闭连接锚定连接通讯连接11功能性分类结构性分类

封闭连接

紧密连接

隔状连接

仅见于无脊椎动物

锚定连接

1、微丝附着

黏合带黏合斑

2、中间丝附着

桥粒半桥粒

连接细胞与细胞连接细胞与细胞外基质

连接细胞与细胞连接细胞与细胞外基质

通讯连接

间隙连接化学突触

胞间连丝仅见于植物细胞★细胞连接的类型12

上皮细胞间的各种细胞连接封闭连接锚定连接通讯连接紧密连接黏合带桥粒间隙连接半桥粒13blood-brain-barrier1415位置：人体和脊椎动物中唯一的封闭连接，位于管腔和腺体上皮细胞侧壁近顶端(临腔面)，呈带状在侧壁环绕一圈。结构：数条交错成网的封闭索组成。封闭索由跨膜蛋白与相邻质膜对应的跨膜蛋白对接构成。功能：封闭细胞间隙

，阻止管腔上皮层内外物质的自由进出，是上皮细胞选择性通透作用的物质基础。紧密连接（tightjunction）16（一）封闭连接(occludingjunction)

又称紧密连接(tightjunction)。见于体内管腔及腺体上皮细胞顶端，呈带状环绕细胞。

连接区域成焊接线样带状网络，相邻质膜紧密结合，没有缝隙。

17紧密连接（tightjunction）18相邻细胞质膜上的封闭索紧密连接的结构特点19紧密连接主要作用：

1.机械作用将上皮细胞紧密连合成整体。

2.稳定内环境封闭相邻细胞间的接缝，防止溶液渗入：血脑屏障、血睾屏障。

3.维持上皮细胞极性上皮细胞膜脂和膜蛋白侧向扩散的屏障。20构成紧密连接封闭索的跨膜蛋白密封蛋白封闭蛋白跨膜蛋白：封闭蛋白(claudin)密封蛋白(occludin)ZO蛋白2122二、锚定连接（anchoringjunction）23将一个细胞的骨架成分与相邻细胞的骨架成分、或与细胞外基质锚定在一起的结构广泛分布于动物的各种组织内，在上皮、肌肉等需要承受机械压力的组织中尤为丰富。24锚定连接主要有两类蛋白质构成细胞内锚定蛋白（与骨架附着）跨膜黏附蛋白（黏附分子）25*锚定连接类型（根据连接的细胞骨架成分）（3）桥粒（desmosome）（4）半桥粒（hemidesmosome）（1）黏合带（adhesionbelt）（2）黏合斑（adhesionplaque）与微丝相连与中间丝相连26微丝v.s.中间丝◆微丝（肌动蛋白丝）主要分布在细胞质膜的内侧和细胞核膜的内侧；◆中间丝则分布在整个细胞中,组成复杂。27黏合带桥粒中间丝微丝上皮细胞间的锚定连接281.黏合带（adhesionbelt）位于上皮细胞顶部侧面，紧密连接下方，是细胞与细胞之间的带状黏合，对上皮组织构建和形态发生起重要作用。上皮细胞，细胞间，带状29黏合“带”30黏合带结构：参与形成的一些分子细胞内锚定蛋白跨膜黏附蛋白钙黏素细胞骨架微丝312.黏合斑（adhesionplaque）间质细胞通过局部黏附与细胞外基质之间形成的点状黏合连接，黏附分子：整合素，

胞外介导细胞与细胞外基质成分相连接；

胞内通过锚定蛋白与微丝相连间质细胞，细胞与细胞外基质间，点状32跨膜黏附蛋白整合素细胞骨架微丝细胞内锚定蛋白细胞外基质黏合斑构成位于上皮细胞基底部，是细胞与细胞外基质的连接结构。具机械连接和信号转导的功能。3334管腔和腺体上皮细胞、肌细胞间等的侧壁，类似钮扣或铆钉状的点状连接，牢固地将相邻细胞扣在一起3.桥粒（desmosome）细胞间，点状35形态结构：

类似钮扣的点状黏附连接，由跨膜黏附蛋白和细胞内锚定蛋白构成，连接相邻细胞内的中间丝。作用：维持上皮组织结构。位置：管腔和腺体上皮细胞间、肌细胞间细胞间，点状桥粒（desmosome）36桥粒的结构中间丝桥粒斑黏附分子37细胞内锚定蛋白跨膜黏附蛋白钙黏素家族细胞骨架中间丝桥粒的结构：组成桥粒的分子38细胞1细胞2钙黏素家族黏附分子calcium-dependentadhesion39钙黏素家族黏附分子中间丝锚定蛋白组成桥粒斑404.半桥粒（hemidesmosome）上皮细胞与细胞外基质接触点上的一种点状连接，将上皮细胞基底面与基膜连接在一起。上皮细胞，细胞与细胞外基质间，点状41位置:上皮细胞与基膜接触点形态:纽扣状连接，只有桥粒的一半结构，其致密斑只存于上皮细胞的胞质面。由跨膜黏附蛋白和细胞内锚定蛋白构成，连接细胞的中间丝与细胞外基质。作用:使上皮组织固定，并分散所承受的机械张力。42细胞内锚定蛋白桥粒斑跨膜黏附蛋白整合素与细胞骨架附着中间丝结构：组成半桥粒的一些分子基膜层黏连蛋白等IV型胶原层黏连蛋白整合素角蛋白丝43桥粒和半桥粒分散机械力44紧密连接黏合带桥粒上皮细胞间的细胞连接45三、通讯连接（communicatingjunction）通讯连接存在于大多数组织中相邻细胞膜上的特殊连接通道实现细胞间电信号和化学信号的通讯联系完成群体细胞间的合作和协调

包括：1.间隙连接

2.化学突触461.间隙连接（gapjunction）

又称缝隙连接4748位置：存在于几乎所有动物细胞（少数终末分化细胞除外）形态：呈斑块状，由成簇的连接子组成作用：电化学和代谢上偶联两个细胞49缝隙连接的结构相邻质膜上的跨膜蛋白分子形成连通的通道——连接子(connexon).每一个缝隙连接都含有一簇连接子，数量可达数百。连接子是由6个连接子蛋白亚单位构成。50连接子蛋白与连接子连接子蛋白连接子相邻细胞连接子对接形成通道蛋白缝隙连接的结构51连接子（connexon）相邻质膜6个连接子蛋白环绕成连接子2～4nm间隙连接子形成的1.5nm亲水性通道相邻细胞连接子对接形成通道缝隙连接的结构52介导细胞间电偶联和代谢偶联；通透物质或离子有一定大小限制。

电偶联：电兴奋细胞，电信号传递。代谢偶联：非电兴奋细胞，小分子通透（Ca2+、cAMP、葡萄糖、氨基酸、核苷酸和维生素等)通透性可调：动态变化，可逆地开放和关闭。缝隙连接的作用和特点53间隙连接的开放和关闭是可调的54AFMimageofconnexonA.OpenstateinCa2+freebuffer;B.Close552.化学突触（chemicalsynapse）存在于神经细胞间和神经细胞与肌细胞间的接触部位，传递冲动信号。神经递质靶细胞突触神经元56位置：神经细胞间和神经细胞与肌细胞间的接触部位。化学突触的质膜间有20nm的突触间隙。特征:信号传递速度较慢，电信号→化学信号→电信号。57各类连接的比较58第一节细胞连接第二节细胞黏附第三节细胞外基质59第二节细胞黏附细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间通过一些特殊的分子彼此识别和结合。是锚定连接的基础，同时也在细胞的迁移和组织构建中起重要作用。★概念：60细胞间黏附细胞与基质的黏附61一、细胞黏附的基本特性1.细胞黏附由黏附分子介导2.细胞间黏附分子结合有2种方式3.细胞黏附的连接性黏附和非连接性黏附机制4.细胞黏附是选择性识别过程62细胞表面跨膜蛋白；特殊的表面受体，配体是另一细胞的黏附分子或细胞外基质黏连蛋白；配、受体亲和力低，常需多个结合或细胞骨架帮助；有多种类型（4个家族：钙黏素家族、选择素家族、免疫球蛋白超家族、整合素家族）1.细胞黏附由黏附分子介导细胞黏附分子(celladhesionmolecule)632.细胞间黏附分子结合有2种方式嗜同性结合嗜异性结合钙黏素、免疫球蛋白超家族选择素、整合素、免疫球蛋白超家族643.连接性黏附和非连接性黏附机制主要见于上皮细胞有特化的连接区使细胞间结合牢固连接性黏附主要见于非上皮细胞无特化的连接区，10-20nm间隙不牢固结合，适宜细胞的运动非连接性黏附区别联系在胚胎发育组织形成；和成体组织损伤修复时，相互关联65上皮的基底细胞基底细胞增殖相邻细胞互相连接上皮扩展见于上皮细胞有特化的连接区使细胞间结合牢固连接性黏附66见于非上皮细胞无特化的连接区适宜细胞的运动非连接性黏附674.细胞黏附是选择性的识别过程细胞间存在着一种相互识别的系统，使已分化成同一组织的细胞优先粘附聚集。684.细胞黏附是选择性的识别过程黏附不是被动的过程，而是选择性识别和黏附过程对细胞定向迁移、组织构建和组织结构特征保持发挥重要作用69离体的胚胎视网膜细胞离体的胚胎肝细胞例证4.细胞黏附是选择性的识别过程70二、几种主要的细胞黏附分子1.钙黏素家族2.选择素家族3.免疫球蛋白超家族4.整合素家族711.钙黏素(cadherin)Ca2+对钙黏素的影响72跨膜黏附蛋白钙黏素微丝连环蛋白1.钙黏素(cadherin)与微丝连接73细胞内锚定蛋白（连环蛋白）细胞间的嗜同性黏附1.钙黏素(cadherin)介导嗜同性黏附742.选择素家族

(Selectin)结构：单次跨膜蛋白高度糖基化重要活性部位：凝集素结构域

依赖Ca2+的黏附分子功能：识别特异糖基，主要介导发生于血流中的细胞黏附。不同型细胞间：白细胞-血管内皮细胞，血小板-血管内皮细胞结合方式：嗜异性结合75凝集素结构域细胞内锚定蛋白肌动蛋白纤维2.选择素(selectin)微丝N-端凝集素结构域可识别特异的寡糖基，是选择素参与细胞间选择性粘附的重要活性部位。依赖Ca2+与特异糖基识别并结合76选择素介导白细胞与血管内皮细胞的识别和黏附白细胞内皮细胞白细胞与血管壁内皮细胞的黏附（内皮细胞）选择素-（白细胞）糖基77结构：不依赖Ca2+胞外区有一个或多个Ig样结构域分布：淋巴细胞、单核细胞、内皮细胞、上皮细胞、神经细胞（ICAM、VCAM、NCAM等）

功能：嗜同性结合机制-NCAM介导的神经细胞间的黏附；嗜异性结合机制-ICAM介导的白细胞与内皮细胞的黏附3.免疫球蛋白超家族(immunoglobinsuperfamily,IgCAM)78整合素介导细胞间或细胞与胞外基质间黏附。4.整合素(integrin)--多数细胞外基质成分的细胞表面受体锚定蛋白细胞骨架成分结构：

跨膜异二聚体糖蛋白（αβ）分布：淋巴细胞、单核细胞、中性粒

细胞、血小板、上皮细胞、间质

细胞等功能：介导细胞间或细胞与胞外基质

间黏附；参与信号转导，调控细

胞功能。79整合素(integrin)配基：纤连蛋白、层粘连蛋白以及其他细胞外含有RGD（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）基序的蛋白质分子；将细胞与细胞外基质连接起来；同时将细胞外基质的信号传递到细胞内；参与血小板的聚集，是血液凝固的重要参与者，其功能缺陷可导致血小板无力。80IgCAM介导内皮细胞与白细胞的黏附白细胞的迁移强的黏附内皮细胞ICAM-白细胞整合素白细胞沿血管壁的滚动弱、可逆的粘附内皮细胞选择素-白细胞糖基81整合素介导细胞与细胞外基质的黏附整合素参与黏合斑形成整合素参与半桥粒形成微丝中间丝细胞外基质82无细胞骨架的连接有细胞骨架的连接83

第一节细胞连接第二节细胞黏附第三节细胞外基质84第三节细胞外基质概念：由细胞分泌的多种大分子组成的复杂网络结构，充满着细胞之间的大小间隙功能：形成一种支撑性框架为细胞提供一种有组织的外环境，调节细胞功能和基本生命活动。人体组织由细胞和细胞外基质按特定方式有序构建85

骨韧带肌键脉管结缔组织皮肤形成不同的组织结构黏附机械支撑细胞迁移细胞增殖细胞信号转导具有多种生物学功能关节炎动脉粥样硬化癌症哮喘疾病细胞外基质86

机械支持功能

细胞外基质是构成基膜和结缔组织及各种器官被膜的主要成分，具有维持机体结构的完整性和为机体提供支架结构的作用。参与细胞黏附与迁移

细胞外基质分子中的细胞黏附位点与细胞膜上的相应的受体特异性结合，触发跨膜信号转导，对细胞的基因表达及细胞表型和功能产生影响。参与细胞增殖与分化

某些类型的细胞外基质如成纤维细胞生长因子具有促有丝分裂原的功能，通过促进层粘连蛋白的合成与释放，进一步刺激细胞的增殖与分化。细胞外基质的生物学功能87

细胞外基质成分、含量和存在形式的差异

在不同组织中的特性

基质钙化大量成索的胶原纤维特化为基膜

骨组织坚硬肌腱、韧带具有强大的张力控制细胞的行为机体组织由细胞和细胞外基质构成88一、ECM的主要成分二、上皮组织的ECM-基膜三、ECM与细胞的相互关系细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)89一、细胞外基质的主要成分1.胶原2.弹性蛋白3.纤黏连蛋白4.层黏连蛋白5.糖胺聚糖和蛋白聚糖纤维蛋白糖胺聚糖凝胶状基质纤维状901.胶原（collagen）胶原是人和哺乳动物体内含量最丰富的蛋白质占人体蛋白质总量的25%以上ECM中最主要成分和最重要的纤维蛋白91Collagenfibers Cellswrappedincollagenfibers胶原(collagen)

92胶原分子基本结构单位：由3条肽链盘绕成的3股螺旋结构。300nm纤维束纤维原纤维胶原分子93甘氨酸胶原分子结构模式图α链：25种基因编码Gly-Y-X重复序列甘氨酸-脯氨酸-羟脯氨酸胶原分子：20种胶原纤维在不同组织中以不同方式排列：皮肤：交织状、抵抗不同方向张力；肌腱：平行条索状，与主轴方向平行；骨和角膜：胶合板样成层，相邻两层互成直角。基本结构单位：3条肽链盘绕成

3股螺旋结构94胶原类型组织分布原纤维形成胶原

I型胶原骨、皮肤、肌腱、角膜、韧带、内脏

II型胶原软骨、玻璃体、脊索

III型胶原皮肤、血管、内脏V型胶原骨、皮肤、肌腱、角膜、韧带、内脏XI型胶原软骨、玻璃体、脊索原纤维相关胶原IX型胶原软骨

XI型胶原肌腱、韧带、其他组织网络形成胶原

IV型胶原基膜

VII型胶原复层鳞状上皮下胶原分子的主要类型95交联：由侧向相邻的lys或hyl残基氧化后所产生的两个醛基间进行缩合而成。交联后后形成不溶性纤维，原胶原呈阶梯状排列，电镜下可见间隔67nm的横纹。新生儿的胶原交联程度低而易于抽提。老年人胶原交联程度高，组织僵硬老化。作用：细胞外基质的骨架96“弹性皮肤人”JamesMorris异常可拉伸的皮肤是一种遗传综合征的表现，由于胶原蛋白组装或交联中的缺陷所致。可高度拉伸的皮肤ECM异常97动脉（扫描电镜）动脉外层的弹性纤维（扫描电镜）弹性纤维的核心成分2.弹性蛋白（elastin)赋予组织弹性；在血管、皮肤有弹性的组织中含量丰富。982.弹性蛋白伸展弹性蛋白分子2种短肽：疏水性片段；

α-螺旋弹性纤维弹性蛋白分子间共价交联993.纤连蛋白（fibronectin）

100纤连蛋白的生物学功能参与细胞的黏附与迁移细胞的黏附与迁移是细胞与细胞外基质进行特异性识别、结合与作用的结果，这在胚胎发育、组织形成、损伤修复和肿瘤细胞的浸润中起重要作用。纤连蛋白与心血管系统FN在心血管系统的正常发育、正常生理机能的维持中起重要作用，并且与心血管疾病的发生、发展之间也有极为密切的联系。纤连蛋白与结缔组织衰老性疾病结缔组织衰老性疾病以动脉粥样硬化、骨质疏松以及骨关节炎等最为常见。这些结缔组织的变化主要影响蛋白多糖和胶原网络，FN的质和量的改变也与之有关。纤连蛋白与肿瘤转移1014.层粘连蛋白（laminin

）

102层粘连蛋白的生物学功能基底膜的主要组成成分；细胞黏附功能；促进大多数类型细胞的生长；在形态学发生中有重要作用；对肿瘤的浸润与转移有促进作用。

103结构：重复的二糖单位，无分支特性：1.伸展-体积大，多孔2.负电-吸水性糖胺聚糖：GAGGAG形成多孔的亲水性凝胶，充满整个细胞外间隙，既能对组织起到机械性支撑作用，又允许水溶性分子扩散和细胞移动。5.糖胺聚糖和蛋白聚糖104根据糖基组成和硫酸盐化程度不同，分为7类105（2）蛋白聚糖：核心蛋白+GAG多样性，异质性蛋白聚糖由GAG和核心蛋白的丝氨酸残基共键结合而成。其功能由各自的核心蛋白和GAG所决定。106二、基膜（basallamina）107由细胞外基质特化而成的薄层网络状结构，厚度60-100nm位于大多数上皮细胞层和内皮细胞层的下面，也可包绕在肌细胞、脂肪细胞和神经鞘细胞的周围（扫描电镜）基膜108不同组织中基膜的结构与功能有所不同将相邻细胞联系在一起，形成完整组织(平滑肌细胞周围)调节吸收营养物质进入血液(小肠上皮下)起分子滤膜作用，阻止大分子通过，只让某些小分子从血液进入原尿(肾小球基底膜)上皮细胞肌肉肾小球

109对组织的再生和创伤愈合起重要作用肌肉、神经和上皮组织损伤时

残存的基膜可为再生细胞提供框架，使细胞迁入，重建原先的组织结构皮肤或角膜损伤后

基膜成分发生变化，如纤粘连蛋白增加，使细胞迁移至损伤部位促进愈合总结：支架；大分子的选择性屏障*基膜功能2110三、细胞外基质与细胞的相互关系1.细胞控制ECM的生成和降解2.细胞通过表面特异受体与ECM成分结合3.ECM对细胞结