第十章細胞連接與細胞黏附柯瓊（）生物教研室干細胞與組織工程研究中心細胞連接封閉連接（緊密連接）錨定連接（黏著連接、橋粒連接）通訊連接（間隙連接、突觸）細胞粘附和細胞粘附分子鈣黏著蛋白選擇素免疫球蛋白超家族整聯蛋白細胞連接（celljunction）

細胞與細胞之間、細胞與細胞外基質之間在質膜接觸區域特化形成的連接結構。根據細胞連接的結構和功能，分為三類：封閉連接(occludingjunction)錨定連接(anchoringjunction)通訊連接(communicatingjunction)細胞連接緊密連接（tightjunction）

是人和脊椎動物體內唯一的的封閉連接類型。分布于各種上皮細胞透射電鏡照片冰凍蝕刻技術結合掃描電鏡照片細胞連接結構特點連接處相鄰細胞質膜以斷續的點連在一起，接觸部位沒有縫隙。點由特殊的跨膜蛋白構成，排列成封閉索，交錯形成網狀，環繞每個上皮細胞的頂部。不同組織的緊密連接對一些小分子的密封程度與封閉索的層數有關，層數越多，封閉作用越強。細胞連接封閉索細胞連接冰凍斷裂復型顯示細胞緊密連接細胞連接細胞連接細胞連接參與緊密連接形成的跨膜蛋白

約有數十種，如密封蛋白(claudin)、閉合蛋白(occludin)、ZO蛋白(Zonulaoccluden)等。

腎小管上皮細胞從原尿中重吸收Mg2+時需要密封蛋白（claudin-16）的存在，如果此蛋白的基因突變，將引起Mg2+從尿中大量丟失。Occludin

Claudin

細胞連接claudinoccludin細胞連接緊密連接的兩個主要功能：

1）封閉上皮細胞的間隙，形成與外界隔離的封閉帶

防止細胞外物質無選擇地通過細胞間隙，進入組織或從組織回流入腔，保持內環境的穩定。

2）形成上皮細胞質膜與膜脂分子側向擴散的屏障，維持上皮細胞的極性

通過阻礙細胞膜蛋白相互移動，保證物質轉運的方向性；同時，防止小分子物質從細胞之間的空隙返流。同時還具有連接、支持作用。細胞連接細胞連接封閉連接（緊密連接）錨定連接（黏著連接、橋粒連接）通訊連接（間隙連接、突觸）細胞粘附和細胞粘附分子鈣黏著蛋白選擇素免疫球蛋白超家族整聯蛋白錨定連接（anchoringjunction）

由細胞骨架纖維參與，存在于相互接觸的細胞間或細胞與細胞外基質之間的細胞連接。廣泛分布于動物各種組織中。種類參與的細胞骨架類型錨定部位主要分布黏著連接Adheringjunction黏著帶Adhesionbelt肌動蛋白絲細胞-細胞連接上皮細胞黏著斑Adhesionplaque肌動蛋白絲細胞-細胞外基質連接上皮細胞基部橋粒連接Desmosomejunction橋粒Desmosome中間纖維細胞-細胞連接心肌細胞上皮細胞半橋粒Hemidesmosome中間纖維細胞-細胞外基質連接上皮細胞基部細胞連接細胞連接錨定連接的主要作用：

形成能夠抵抗機械張力的牢固粘合。錨定連接中的2大類結構蛋白

細胞內錨定蛋白：在細胞膜的胞質面形成一個突出的斑，并將連接復合體與細胞骨架相連。

穿膜黏著蛋白：其胞質區域連接一個或多個細胞內錨定蛋白，其細胞外區域與細胞外基質或另一個細胞的跨膜粘連蛋白的細胞外區域相互作用。細胞連接黏著連接是由肌動蛋白絲參與的錨定連接黏著帶

（adhesionbelt），位于上皮細胞緊密連接的下方，是相鄰細胞之間形成的一個連續的帶狀結構。黏著帶處相鄰的細胞質膜間的間隙15~30nm，間隙兩側的質膜通過伸出的穿膜黏著蛋白相互黏合。粘合帶鈣粘素相鄰細胞的質膜緊密連接肌動蛋白纖維束基底面細胞連接參與黏著帶形成的蛋白穿膜黏著蛋白為鈣黏著蛋白(cadherin)，胞外部分介導相鄰細胞的相互結合。細胞內錨定蛋白為α、β、γ聯蛋白(catenins)，α-輔肌動蛋白(actinin)、紐蛋白(vinculin)等，錨定肌動蛋白纖維（微絲）。

細胞連接黏著帶的作用1）為上皮細胞、心肌細胞提供了抵抗機械張力的牢固黏合，在維持細胞形態和組織器官完整性方面具有重要作用。細胞連接黏著帶的作用2）由于微絲束具有收縮功能，黏著帶在動物胚胎發育中使上皮內陷形成管狀、泡狀原基，對形態發生起重要作用。細胞連接細胞連接紐蛋白踝蛋白張力蛋白整聯蛋白胞外基質黏著復合物微絲黏著斑（adhesionplaque/focaladhesions）

位于上皮細胞基底部，是細胞通過局部黏附與細胞外基質之間形成的黏著連接。黏著斑在肌細胞、肌腱(主要是膠原)形成的連接中很常見。參與黏著斑的蛋白組成穿膜黏著蛋白是整聯蛋白(integrin)；錨定蛋白有：踝蛋白talin、α-輔肌動蛋白、細絲蛋白filamin、紐蛋白vinculin等。微絲(綠色)紐蛋白(紅色)細胞連接黏著斑的作用

1)黏著斑的形成、解離對細胞的鋪展和遷移有重要意義。(體外培養細胞常通過黏著斑附著于培養皿表面)

2)參與信號轉導細胞連接橋粒連接是由中間纖維參與的錨定連接廣泛分布于承受強拉力的組織中

（比黏著帶具有更強的抗拉抗撕裂能力）根據分布位置，分為：橋粒、半橋粒兩種。細胞連接橋粒desmosome位于上皮細胞黏合帶下方，是相鄰細胞接觸點上的一種類似紐扣狀的結構。橋粒連接處相鄰質膜間的間隙約20-30nm，質膜的胞質側各有一個由細胞內錨定蛋白構成的胞質斑，直徑0.5μm，稱為橋粒斑（desmosomalplaque）。細胞連接橋粒的蛋白組成細胞內錨定蛋白：橋粒斑珠蛋白plakoglobin、橋粒斑蛋白desmoplakin，形成橋粒斑穿膜黏著蛋白包括：橋粒黏蛋白desmoglein、橋粒膠蛋白desmocollin，屬于鈣黏著蛋白家族成員，介導細胞間連接。細胞連接角蛋白絲keratinfilaments——上皮細胞結蛋白絲desminfilaments——心肌細胞中間纖維附著于橋粒斑，具有組織特異性細胞連接橋粒的作用1）增強組織抵抗外來張力、壓力及撕裂力的能力。

細胞連接橋粒的作用2）維持上皮細胞的結構。利用胰蛋白酶、膠原酶、透明質酸酶、Ca2+螯合劑，均能破壞橋粒結構，從而分散細胞。

一種自身免疫缺陷病——天皰瘡pemphigus，患者自身產生抗橋粒跨膜粘連蛋白抗體，導致橋粒破壞，組織液通過細胞間隙滲入皮膚，引起嚴重的皮膚水泡，甚至危及生命。細胞連接半橋粒（hemidesmosome）上皮細胞與基底膜之間的連接裝置，僅為橋粒的一半。半橋粒的胞質斑由網蛋白plectin組成，連接中間纖維。半橋粒的穿膜黏著蛋白是整聯蛋白integrin，與基底膜中的層粘連蛋白結合，從而將細胞與基底膜牢固錨定在一起。細胞連接半橋粒主要功能

——把上皮細胞與其下方的基底膜連在一起，防止機械力造成的上皮組織剝離。細胞連接抗半橋粒自身抗體，導致老年人的大泡性類天皰瘡；層粘連蛋白、整聯蛋白α6或β4基因突變，均引起大泡性表皮松懈癥，癥狀類似前者。細胞連接封閉連接（緊密連接）錨定連接（黏著連接、橋粒連接）通訊連接（間隙連接、突觸）細胞粘附和細胞粘附分子鈣黏著蛋白選擇素免疫球蛋白超家族整聯蛋白通訊連接communicatingjunction在多數動物組織相鄰細胞膜上存在特殊的連接通道，以進行細胞間的電信號、化學信號的通訊聯系，從而完成群體細胞間的合作與協調，這種連接形式稱通訊連接。

動物組織中有兩種通訊連接：間隙連接gapjunction突觸synapse間隙連接細胞連接間隙連接是動物組織中普遍存在的一種細胞連接方式間隙連接部位相鄰細胞膜之間有2~3nm的縫隙。

許多間隙連接單位往往集結在一起呈斑塊狀，大小不一，最大直徑達0.3μm。一個間隙連接處的連接子數目由幾個到幾千幾萬個。細胞連接間隙連接的基本結構單位是連接子connexon長7.5nm，外徑6nm，由6個相同或相似的跨膜蛋白——連接子蛋白connexin環繞而成。相鄰質膜上的兩個連接子相對接在一起，中央是1.5~2nm的親水性通道。細胞連接細胞連接已知的人和小鼠的連接蛋白Heteromeric連接子蛋白目前有20多種。異源連接子：由不同連接子蛋白構成同源連接子：由相同連接子蛋白構成不同連接子蛋白構成的連接子，在通透性、導電率、可調節性方面是不同的，其分布具有組織細胞特異性。細胞連接間隙連接的一個重要功能是介導細胞間通訊。細胞通訊cellcommunication：指一個細胞的信息通過化學遞質或電信號傳遞給另一個細胞，使靶細胞產生相應效應。按間隙連接的通訊方式，分為兩種：代謝藕聯、電藕聯。細胞連接代謝耦聯（metaboliccoupling）又稱化學耦聯chemicalcoupling：指小分子質量（小于1kD）代謝物和信號分子，在相鄰細胞間通過間隙連接的傳遞。細胞連接通過觀察小分子熒光物質的擴散情況可以了解細胞間間隙連接胞間通訊的能力。拓展細胞連接拓展代謝耦聯的作用：

1）在胚胎發育早期，血液循環建立前，代謝耦聯使物質平均分配，控制細胞分化。

2）細胞分化時，不同組織的細胞間解耦聯，但同組織的細胞間依舊相互耦聯，保持發育的一致。

此外，間隙連接的通透性是可以調節的，降低pH，或升高Ca2+離子濃度，均可降低間隙連接的通透性。細胞連接電耦聯electriccoupling又稱離子耦聯ioniccoupling，其連接子是種離子通道，帶電的離子能通過間隙連接到達相鄰細胞。在具有電興奮性的組織細胞間，廣泛存在電耦聯現象；帶電離子通過連接子，使動作電位從一個細胞擴散到另一個細胞，速度快而準確。

電偶聯突觸細胞連接突觸（synapse）也是一種細胞通訊連接方式電興奮細胞間可通過電突觸、化學突觸傳遞沖動信號。突觸主要存在于神經元之間、神經元與肌細胞之間的接觸部位，突觸間隙20nm寬，傳遞神經遞質，引起突觸后膜動作電位。細胞連接細胞連接封閉連接（緊密連接）錨定連接（黏著連接、橋粒連接）通訊連接（間隙連接、突觸）細胞粘附和細胞粘附分子鈣黏著蛋白選擇素免疫球蛋白超家族整聯蛋白細胞黏附（celladhesion）

指在細胞識別的基礎上，同類細胞發生聚集形成細胞團或組織的過程。細胞黏附分子(celladhesionmolecule,CAM)

是廣泛存在于細胞膜上的一類跨膜糖蛋白，是介導細胞與細胞之間、或細胞與細胞外基質之間相互結合并起黏附作用的一類細胞表面分子。細胞黏附黏附分子在細胞骨架參與下，可以介導細胞形成錨定連接。鈣黏著蛋白cadherin選擇素selectin免疫球蛋白超家族Ig-superfamily整聯蛋白integrin細胞黏附分子多需要依賴于二價陽離子Ca2+或Mg2+才起作用。細胞黏附細胞粘附分子結構特點：①較長胞外區，其N-端帶有糖鏈，是與配體識別部位②跨膜區，多為一次性跨膜蛋白③胞質區，肽鏈的C-端，一般較小，可與質膜下的細胞骨架成分或胞內的信號轉導分子結合，從而介導黏附細胞黏附細胞黏附分子通過三種方式介導細胞識別與黏著①同親型結合

homophilicbinding相鄰細胞表面的同種黏附分子間的識別與黏著；②異親型結合

hetrophilicbinding不同種黏附分子間的識別與黏著，選擇素和整聯蛋白主要靠這種方式介導細胞黏附；③連接分子依賴性結合

linker-dependentbinding相鄰細胞的黏附分子通過連接分子介導，才能相互識別與黏著。細胞黏附鈣黏著蛋白家族也稱鈣粘素、鈣粘蛋白，是一類依賴于Ca2+的同親型細胞黏附分子，在胚胎發育中的細胞識別、遷移、組織分化，以及成體組織器官構成中起重要作用。分布于不同組織，介導形成細胞連接及信號轉導等。主要類型：E-鈣黏著蛋白(epithelialcadherin)——上皮組織N-鈣黏著蛋白(neuralcadherin)——神經組織P-鈣黏著蛋白(placentalcadherin)——胎盤(乳腺、表皮)VE-鈣黏著蛋白(vascularendothelialcadherin)——血管內皮細胞細胞黏附鈣黏著蛋白分子結構700~750個aa，單次穿膜糖蛋白在質膜中常以同源二聚體形式存在。胞外區常折疊成5個重復結構域，每個結構域約110aa。（書上有誤）Ca2+結合在重復結構之間，將胞外區鎖定在一起，形成棒狀結構，結合Ca2+越多，鈣黏著蛋白剛性越強。鈣粘素胞內部分高度保守，通過胞內錨定蛋白與細胞骨架相連。細胞黏附鈣黏著蛋白的功能①介導細胞與細胞之間的同親性細胞粘附：胚胎、成人的組織中，同類細胞的相互識別黏著；②在個體發育中影響細胞分化，參與組織器官的形成：

個體發育中通過控制鈣黏著蛋白表達的種類與數量，而決定胚胎細胞間的相互作用，從而影響分化、組織器官的形成；細胞黏附E-cadherin介導胚胎的細胞連接并參與發育調控細胞黏附③參與細胞之間穩定的特化連接結構：在黏著帶連接中，鈣黏著蛋白的胞內區通過α、β連環蛋白與肌動蛋白纖維相連；而在橋粒連接中，鈣黏著蛋白胞內區通過胞質斑與中間纖維相連；一些鈣黏著蛋白在錨定連接形成過程中，起調節信號的傳遞作用。細胞黏附鈣黏著蛋白與疾病

鈣黏著蛋白功能的喪失，使惡性腫瘤容易擴散；缺失E-鈣黏著蛋白可導致上皮腫瘤的發生；

E-鈣黏著蛋白表達越多，細胞轉移越少：因此人為升高惡性腫瘤細胞中鈣黏著蛋白的表達，有利于抑制腫瘤。細胞黏附上皮-間質轉型Epithelial-MesenchymalTransition(EMT)

上皮-間質轉型Epithelial-MesenchymalTransition(EMT)

細胞黏附細胞連接封閉連接（緊密連接）錨定連接（黏著連接、橋粒連接）通訊連接（間隙連接、突觸）細胞粘附和細胞粘附分子鈣黏著蛋白選擇素免疫球蛋白超家族整聯蛋白選擇素selectin選擇素是一類依賴于Ca2+的異親型細胞黏附分子，能特異性識別其他細胞表面寡糖鏈中的特定糖基，介導白細胞與血管內皮細胞或血小板的識別和暫時性黏附，幫助白細胞、血小板進入炎癥部位。選擇素家族包括3種成員：L-選擇素(L-selectin)：最早在淋巴細胞被發現，在各種白細胞上都表達P-選擇素(P-selectin)：存在于血小板和內皮細胞E-選擇素(E-selectin)：存在于活化的內皮細胞中細胞黏附選擇素的分子結構Ca2+依賴單次跨膜糖蛋白胞外區由三個獨立結構域組成：N-末端的C型凝集素(Clectin)樣結構域，識別特異糖基表皮生長因子(EGF)樣結構域補體調節蛋白（CCP）活性部位

后兩者加強粘附并參與補體系統調節胞內區通過錨定蛋白與胞內微絲結合。細胞黏附粘附分子配體補體調節蛋白結構域P選擇素糖蛋白配體-1細胞黏附選擇素的功能

主要功能是參與白細胞與血管內皮細胞或血小板的識別與黏附，幫助白細胞進入炎癥部位。

細胞黏附在炎癥部位，血管內皮表達E-選擇素，可識別白細胞和血小板上的寡糖鏈，由于這種識別結合較弱，加上血流的沖刷，白細胞在炎癥部位的血管中黏附、分離、再黏附、再分離，呈現滾動方式運動。隨后激活了自身的整聯蛋白，由整聯蛋白介導白細胞與血管內皮的緊密結合，使白細胞經內皮細胞間隙遷移至組織。細胞連接封閉連接（緊密連接）錨定連接（黏著連接、橋粒連接）通訊連接（間隙連接、突觸）細胞粘附和細胞粘附分子鈣黏著蛋白選擇素免疫球蛋白超家族整聯蛋白免疫球蛋白超家族

immunoglobin-superfamily,Ig-SF一類分子結構中含有類似免疫球蛋白結構域、不依賴Ca2+的細胞黏附分子。胞外區由一個或多個免疫球蛋白(Ig)樣結構域組成；每個Ig結構域都由90~110個aa形成的緊密折疊結構，以二硫鍵相連。細胞黏附IgSF成員復雜，包括多個粘附分子家族：同親型細胞黏著——神經細胞黏附分子（N-CAM）血小板-內皮細胞黏附分子（PE-CAM）異親型細胞黏著——細胞間粘附分子（I-CAM）血管細胞粘附分子（V-CAM）大多介導淋巴細胞和免疫應答細胞之間特異的相互作用；一些IgSF成員，介導非免疫細胞的黏著，如N-CAM細胞黏附Ig-SF黏附分子的功能N-CAM，是一類表達于神經細胞的Ig-SF黏附分子，由單一基因編碼，mRNA的選擇性剪接及糖基化的不同形成了20余種不同的N-CAM；所有N-CAM的胞外區都有5個Ig樣結構域，通過同親型黏著機制與相鄰細胞同類分子結合黏附在一起，與神經系統的發育、軸突的生長和再生、突觸的形成關系密切。

N-CAM的基因缺陷可引起智力發育遲緩和其他神經系統病變。細胞黏附V-CAM，血管細胞粘附分子，表達于血管內皮細胞表面，結合白細胞表面整聯蛋白α4β1，使白細胞沿內皮滾動并固著于炎癥部位的血管內皮，發生鋪展，進而分泌水解酶穿過血管壁。I-CAM，細胞間粘附分子，有多種類型，體內分布范圍廣，可表達于血管內皮細胞表面，結合白細胞表面整聯蛋白，在炎癥中發揮作用。PE-CAM，血小板-內皮細胞粘附分子，主要表達于內皮細胞和血小板，既可進行同親型黏著，又可進行異親型黏著，在血管內皮的緊密黏附中起主要作用。細胞黏附Ig-SF黏附分子與醫學神經細胞黏附分子L1(N-CAM-L1)主要在神經細胞表達，與神經元之間的黏附及相互作用有關；其基因突變個體，具有與胎兒酒精綜合征（FAS）相似的表型。

FAS：孕期過度飲酒，酒精可結合N-CAM-L1，致使胚胎小腦細胞間，喪失相互識別黏附能力，出現精神異常、顏面畸形。

N-CAM-L1I-CAM、V-CAM、PE-CAM在免疫排斥反應中具有重要作用：

如I-CAM介導腫瘤細胞與白細胞的黏附，腫瘤細胞I-CAM表達降低可能與腫瘤細胞逃逸免疫監視有關；I-CAM缺失的小鼠出現炎癥反應缺陷。細胞黏附細胞連接封閉連接（緊密連接）錨定連接（黏著連接、橋粒連接）通訊連接（間隙連接、突觸）細胞粘附和細胞粘附分子鈣黏著蛋白選擇素免疫球蛋白超家族整聯蛋白整聯蛋白家族（integrin）

又稱整合素，是一類普遍存在于脊椎動物細胞表面，依賴Ca2+或Mg2+的異親型細胞粘附分子，介導細胞-細胞或細胞-細胞外基質的相互識別和黏附，具有聯系細胞內外的功能。細胞黏附整聯蛋白是由α和β兩個亞基形成的異二聚體跨膜蛋白α亞基：24種β亞基：9種

兩者形成的頭部與配體結合。不同細胞表達的整聯蛋白在組成上不盡相同一種整聯蛋白可以結合多種配體，一種配體也可結合多種整聯蛋白。}非共價鍵相連細胞黏附整合素的結構

α亞基和β亞基均由胞外區、跨膜區、胞內區三個部分組成。胞內區很短，只含有30~50個aa，可通過與胞內的一些錨定蛋白與細胞的骨架成分相互作用；胞外區可與含有Arg-Gly-Asp(RGD)三肽序列的細胞外基質成分結合，介導細胞與細胞外基質的黏著。細胞黏附整聯蛋白的功能

①介導細胞間相互作用：一些細胞表面有與整聯蛋白結合的特異性配體，如Ig-SF，可以介導細胞間的反應;β2亞基組成的整聯蛋白使白細胞在感染部位的血管內皮細胞上黏附，白細胞以此遷移出血管，進入炎癥部位;β3亞基組成的整聯蛋白介導血小板的黏附，參與凝血過程。細胞黏附

②介導細胞與細胞外基質間的相互作用：β1亞基組成的整聯蛋白其胞外區可與含有Arg-Gly-Asp(RGD)三肽序列的細胞外基質成分結合，使細胞黏著于細胞外基質上，將細胞外基質同細胞內的細胞骨架連成一個整體；整聯蛋白與配體低親和力，有利于細胞的運動或遷移。細胞黏附③整聯蛋白在信號傳遞中發揮重要作用：整聯蛋白與配體集結成簇，除建立牢固結合，又可啟動信號轉導；不同整聯蛋白與不同配體結合，可產生各種各樣的信號，從而調節細胞的運動、生長、增殖、分化、存活等。細胞黏附

整聯蛋白參與的信號傳遞方向包括—“由內向外”(insideout)和“由外向內”(outsidein)“由內向外”的信號傳導：這種從細胞內部控制整聯蛋白與配體結合的方式，這對血小板和白細胞介導的黏附反應是非常重要的。細胞黏附“由外向內”的信號傳導：整聯蛋白作為受體結合胞外配體向胞內傳導信號，調節細胞的增殖、粘附、存活及遷移等。整聯蛋白與醫學整聯蛋白的胞外區識別結合RGD三肽序列，人工合成肽的RGD序列能競爭性阻斷細胞與纖連蛋白的結合；半數的整聯蛋白含有結合RGD的結構域，而RGD序列的發現，開辟了以受體-配體相互作用為基礎的新的基本治療手段；藥廠設計出“非肽類抗凝血藥物”Aggrastat等，類似RGD結構，只結合血小板整聯蛋白，防止血凝塊形成。細胞黏附緊密連接黏著帶橋粒間隙連接半橋粒粘著斑鈣黏著蛋白整聯蛋白選擇素基膜中間纖維肌動蛋白絲細胞連接細胞粘附Ig樣黏附分子細胞連接細胞連接作用形式類型主要的跨膜蛋白連接的細胞骨架細胞--細胞外基質黏著