第十五章 细胞的社会联系

第十五章细胞的社会联系：细胞连接、细胞黏着和细胞外基质第一节细胞连接细胞连接：是指在细胞质膜的特化区域，通过膜蛋白、细胞支架蛋白或胞外基质形成的细胞与细胞、细胞与外基质间的连接结构。

可分为三大类：1. 封闭连接将相邻上皮细胞的质膜紧紧地连接在一起，阻止溶液中的小分子沿细胞间隙从细胞一侧渗透到另一侧。

紧密连接是这种连接的典型代表。

2. 锚定连接通过细胞质膜蛋白及细胞骨架系统将相邻细胞，或细胞与胞外基质间连接起来。

锚定连接又分为与中间丝相关的锚定连接和与肌动蛋白丝相关的锚定连接。

前者包括桥粒和半桥粒，后者主要有黏合带和黏合斑。

3. 通讯连接介导相邻细胞间物质转运、化学或电信号的传递，主要包括间隙连接、神经元间的化学突触和植物细胞间的胞间连丝。

一. 封闭连接紧密连接是封闭连接的主要形式，一般存在于上皮细胞之间，在光镜下，小肠上皮组织的封锁堤便是紧密连接存在的部位。

电镜显示，紧密连接处相邻细胞质膜紧紧地靠在一起。

冷冻断裂复形技术显示出它是围绕在细胞四周的“焊接线”形成。

焊接线又称脊线，它由成串排列的相邻细胞的膜整合蛋白组成。

紧密连接的功能：一是紧密连接阻止可溶性物质从上皮层一侧通过胞外间隙扩散到另一侧。

形成渗透屏障，起重要闭锁作用。

血脑屏障。

紧密连接的第二个功能是形成上皮细胞质膜蛋白与膜质分子侧向扩散的屏障，从而维持上皮细胞极性。

紧密连接脊线中的蛋白：一类称封闭蛋白，跨膜4次，相对分子质量60 000；另一类称为claudin，也是跨膜4次的蛋白。

二.锚定连接锚定连接具有连接分散细胞作用力，锚定连接由两大类蛋白组成：第一类统称为细胞内锚蛋白，这类这类蛋白形成独特的盘状致密斑，一侧与细胞内骨架纤维如中间丝或者微丝相连，另一侧与跨膜粘连蛋白相连；第二类蛋白统称跨膜粘连蛋白，这类蛋白是细胞质膜蛋白，一侧与内锚蛋白相连，另一侧与胞外基质蛋白或与相邻细胞特异的跨膜粘连蛋白相连。

根据参与的细胞骨架纤维不同，锚定连接有两种不同的形式：1. 与中间丝相连的锚定连接，主要包括细胞与细胞间的桥粒和细胞与胞外基质间的半桥粒。

2. 与肌动蛋白丝相连的锚定连接，主要包括细胞与细胞间的黏合带及细胞与胞外基质间的黏合斑。

1】桥粒和半桥粒桥粒最明显的形态特征是细胞内锚蛋白形成的独特的盘状致密斑，一侧与细胞内的中间丝相连，另一侧与跨膜的粘连蛋白相连，在两个细胞间形成纽扣样的结构，将相邻细胞铆钉在一起，胞内锚蛋白包括桥粒斑珠蛋白和桥粒斑蛋白。

跨膜粘连蛋白属于钙黏蛋白家族，包括桥粒芯蛋白和桥粒芯胶黏蛋白。

细胞内中间丝依据细胞的不同种类也不同，在上皮细胞中主要是角蛋白丝。

（自身免疫病——天泡疮）半桥粒在形态上与桥粒类似，但功能和化学结构不同。

半桥粒是细胞与胞外基质间的连接形式，参与的细胞骨架仍然是中间丝，但是细胞质膜上的跨膜粘连蛋白却是整联蛋白，与整联蛋白相连的胞外基质是层粘连蛋白，从而将上皮细胞黏着在其基质膜上。

2】黏合带与黏合斑黏合带位于上皮细胞紧密连接的下方，相邻细胞形成一个连续的带状结构。

黏合带处相邻细胞质膜间间隙30nm，其间由Ca2+ 依赖的跨膜粘连蛋白形成胞间横桥相连接。

细胞内的锚蛋白有连环蛋白、扭蛋白及α—辅肌动蛋白等。

与黏合带相连的骨架纤维是微丝（肌动蛋白丝），黏合斑是细胞与胞外基质间的连接方式，参与的细胞骨架组分是微丝，跨膜粘连蛋白是整联蛋白，胞外基质主要是胶原和纤连蛋白，胞内锚蛋白有踝蛋白，α—辅肌动蛋白、filamin和纽蛋白。

三.通讯连接（一）间隙连接间隙连接在动物体内分布非常广泛。

除骨骼肌细胞及血细胞外，几乎所有的动物组织都利用间隙连接实现通讯。

1.结构与成分间隙连接的基本连接单位是连接子。

每个连接子由6个相同和相似的跨膜连接蛋白呈环状排列。

中间形成一个直径约1.5nm的亲水性通道。

相邻细胞质膜上的连接子对接便形成完整的间隙连接结构。

间隙连接处细胞质膜的间隙约2~3nm，因此，间隙连接又称为缝隙连接。

2.功能间隙连接可容许分子质量小于1000的分子通过，这表明小分子可以通过间隙连接从一个细胞进入另一个细胞。

1）间隙连接在代谢耦联中的作用间隙连接能够容许小分子代谢物和信号分子通过是细胞间代谢耦联的基础。

代谢耦联在协调细胞群体性的生物学功能方面起到重要作用。

例如激素促胰液素的作用，只要部分细胞接受信号分子的作用后，便可将信号传递至整个胰泡细胞。

2）间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用神经元之间或神经元与效应细胞间通过突触完成神经冲动的传导。

突触可以分为电突触和化学突触。

电突触是指细胞间形成间隙连接，电信号可以通过细胞间隙连接从突触前向突出后传导。

化学突触传递信号，通过释放递质，引起作用。

这种信号传递涉及将电信号转变成化学信号，再将化学信号转变成电信号。

而电信号传递是通过间隙连接直接将电信号传递。

相对来说，信号传递速度快了很多。

此外，间隙连接在神经元之间的通讯及中枢神经系统的整合过程中也起到重要作用。

间隙连接使细胞间形成电耦联，它在协调心肌细胞的收缩，保证心脏正常跳动，协调小肠平滑肌的收缩等，也起到重要作用。

3）间隙连接在卵泡和早期胚胎发育过程中的作用卵泡的正常发育依赖于间隙连接。

卵母细胞由一层厚厚的胞外基质（透明带）所包围，而透明带外则是大量的卵泡细胞。

正常情况下，滤泡细胞之间通过连接蛋白43形成间隙连接。

同时，滤泡细胞还要伸出凸起穿过透明带与卵母细胞形成间隙连接，以保证卵泡的正常发育。

间隙连接出现在动物胚胎发育的早期。

如在小鼠胚胎8细胞阶段，细胞之间普遍建立电耦联。

但当细胞开始分化后，电耦联逐渐消失。

3. 间隙连接通透性的调节间隙连接允许相对分子质量小于1 000的无机离子物质通过，但间隙连接的通透性是可变的。

表现在两个方面：间隙连接对小分子物质的通透能力具有底物选择性。

间隙连接有一个直径约1.5nm的亲水性通道。

不同的连接蛋白对离子或者小分子物质的通透性具有不同的偏爱性。

如间隙连接对阳离子通透性明显比阴离子大。

其次，间隙连接通透性受细胞质Ca2+浓度和pH调节。

电压和pH对间隙连接通透性调节的意义尚不清楚。

Ca2+浓度的升高可能关闭了间隙连接的通道。

间隙连接通透性还受胞外化学信号的调节，有助于细胞间的代谢耦联。

（二）胞间连丝高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，完成细胞间的通讯联络。

胞间连丝通过细胞壁，由相邻细胞的细胞质膜共同组成直径为20~40nm的管状结构，中央是由光面内织网延伸形成的链样管。

胞间连丝介导的细胞间的物质运输具有选择性，并且是可调节的。

（三）化学突触化学突触是存在与可兴奋细胞间的连接方式，它通过释放神经递质来传导神经冲动。

第二节细胞黏着极其分子学基础细胞与细胞间的黏着或细胞外基质间的黏着都是由位于细胞表面的特定的黏着分子所介导的。

黏着分子均是膜整合蛋白，这些分子通过3种方式介导细胞识别与黏着：相邻细胞表面的同种黏着分子间的识别与黏着（同亲性结合），相邻细胞表面的不同黏着分子间的相互识别与黏着（异亲性结合），相邻细胞表面的同种黏着分子借助其他衔接分子的相互识别与黏着（衔接分子依赖性结合）。

目前发现现存在高等动物细胞表面的黏着分子有上百种，根据其作用方式，可分为4大类：钙黏蛋白、选择素、免疫球蛋白超家族及整联蛋白家族。

黏着分子多需要Ca2+ 或Mg2+ 才起作用，这些分子介导的细胞识别与黏着还能在细胞骨架的参与下，形成细胞连接，如桥粒、半桥粒、黏合带以及黏合斑等结构。

一、钙黏蛋白钙黏蛋白是一种同亲型蛋白、Ca2+ 依赖的细胞黏着糖蛋白，对细胞发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官构成有重要作用。

大多数钙黏蛋白是单次跨膜蛋白，有700~750个氨基酸残基。

钙黏蛋白往往形成二聚体或多聚体，在细胞外的肽链部分折叠形成5个或6个重复结构域，Ca2+ 就结合在重复结构域之间，从而赋予钙黏蛋白分子的刚性和强度。

Ca2+ 越多，钙黏蛋白刚性就越强。

因此，除去Ca2+ ，钙黏蛋白胞外部分的刚性就会丧失。

正因为如此，阳离子螯合剂EDTA能破坏Ca2+ 或Mg2+ 依赖性的细胞黏着。

钙黏蛋白对个体的发育具有重要作用，E—钙黏蛋白是哺乳动物蛋白发育过程中表达的第一个钙黏蛋白。

二、选择素淋巴细胞归巢现象。

淋巴细胞表面的特异性糖蛋白结合，这种糖蛋白后来被称为L—选择素。

选择素是一类异亲型结合、Ca2+ 依赖的细胞黏着分子，能与特异糖识别并结合。

除了L—选择素，还有P —选择素。

选择素是跨膜蛋白，其胞外部分具有高度保守的与其他细胞表面特异的寡糖链末端糖基配体相识别的凝集素样结构。

选择素主要参与白细胞与血管内皮细胞之间的识别与黏着，帮助白细胞从血液进入炎症部位。

（白细胞的运动机制）三、免疫球蛋白超家族IgSF指分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的细胞黏着分子超家族。

其中有的介导异亲型细胞黏着，有的介导同亲型细胞黏着，但免疫球蛋白超家族的黏着都不依赖Ca2+ ，其中了解最多的是神经细胞黏着分子（N—CAM），它在神经组织细胞黏着中起主要作用。

不同的N—CAM由单一基因编码，但由于其mRNA 剪接不同和糖基化各异而产生20余种不同的N—CAM。

分析发现，所有神经细胞黏着分子的胞外部分都有5个免疫球蛋白样的结构域。

大多数IgSF细胞黏着分子介导淋巴细胞和免疫应答所需要的细胞之间的黏着。

四、整联蛋白整联蛋白普遍存在与所有细胞的表面，属于异亲型结合、Ca2+ 或Mg2+ 依赖性的细胞黏着分子，介导细胞与细胞之间或细胞与胞外基质间的黏着。

整联蛋白由α、β两个亚基形成跨膜异二聚体。

整联蛋白通过与胞内支架蛋白的相互作用介导细胞与胞外基质的黏着。

大多数整联蛋白β亚基的胞内部分通过踝蛋白、α—辅肌动蛋白、filamin、钮蛋白等与细胞内的肌动蛋白丝相互作用，而胞外部分则通过自身结构域与纤连蛋白、层粘连蛋白等含有Arg—Gly—Asp（RGD）三肽序列的胞外基质成分结合，从而介导细胞与胞外基质的黏着。

整联蛋白介导细胞与胞外基质黏着的典型结构有黏着斑和半桥粒。

（RGD序列）整联蛋白的信号传递方向有“由内向外”和“由外向内”。

细胞内信号传递的启动而调节细胞表面整合蛋白活性方式称为“由内向外”的信号转到。

整联蛋白还可作为受体介导信号从细胞外环境到细胞内的转导。

（锚定依赖性生长），正常细胞在悬浮培养液中死亡是因为它们的整联蛋白不能与胞外基质的配体相互作用，致使细胞无法向细胞内传递“救生信号”。

（整联蛋白的信号功能）第三节细胞外基质细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的网格结构——细胞外基质（ECM）。

细胞外基质在结缔组织中含量最高，主要由成纤维细胞分泌。

不同结缔组织中胞外成分不同，以适应不同的生理方式。

胞外基质主要由三种类型构成：1. 结构蛋白，包括胶原和弹性蛋白，分别赋予胞外基质强度和韧性。