医学细胞生物学-细胞连接

细胞生物学第三章：细胞微环境与细胞连接2020/2/151细胞环境包括内环境（细胞内环境）和外环境（细胞外环境）。细胞对其环境的稳定性要求很高，其调节通过细胞与细胞、细胞与环境之间的相互作用来实现。作用方式为通过细胞与细胞、细胞与细胞外基质间的相互识别、黏着、连接和通讯等…2020/2/15356岁PhyllisJacobson是一位已婚的犹太裔秘书，她近来因口腔持续溃疡一种被她自认为是颊部的“唇疱疹（coldsores）”困扰两个月了,口腔及舌咽部有破损和溃疡，经局部治疗无效，并出现水泡。给予抗病毒，抗真菌药物治疗无效，并且病情加重。血细胞计数检查正常，额中线的与头皮交汇处出现许多小的软水泡。Jacobson太太患得是渐进性的寻常性天疱疮（pemphigusvulgaris）临床案例2020/2/154患者具有后天获得性抗表皮角质细胞跨膜粘着蛋白—desmogleins（桥粒芯蛋白）的自身抗体。桥粒芯蛋白是桥粒连接（常使棘细胞连接在一起的一种细胞连接方式）中的粘附分子。患者体内产生的自身抗体的靶点是这些钙粘着蛋白分子膜表面的表位，通过直接阻断它们的粘着功能或引起蛋白水解。CellBiology桥粒芯蛋白桥粒芯蛋白抗桥粒芯蛋白抗体相邻细胞间形成正常的桥粒连接抗体阻碍正常桥粒的形成2020/2/155诊断要点：口腔喉部、鼻部粘膜包括非粘膜的皮肤组织损害；尼科尔斯基氏征阳性；血细胞计数正常；治疗：每日口服60mg强的松；严重的患者需要更进一步的抗免疫治疗，包括静脉注射IgG、血浆滤过、氨苯砜（一种抗菌剂），甚至应用抗代谢药物和烷化剂DiagnosisTreatment一、细胞表面二、细胞粘着与细胞连接★细胞粘着分子★细胞连接三、细胞外基质2020/2/156第三章细胞环境与互作一、细胞表面细胞被☆由碳水化合物形成的覆盖在细胞质膜表面的保护层，称为细胞被，由于这层结构的主要成份是糖,所以又称为糖萼(glycocalyx)或多糖包被。☆由细胞分泌产生的，与质膜的蛋白质分子、脂类分子共价结合形成糖蛋白和糖脂分子☆具有保护，细胞识别和血型决定等重要的作用细胞被的结构及组成（一）细胞黏着（celladhesion）细胞通过黏着分子介导的细胞与细胞或细胞与细胞外基质之间的粘着。细胞黏着分子(celladhesionmolecular，CAM)一类广泛存在于细胞膜上的跨膜糖蛋白，介导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。二、细胞粘着与连接★大致分为四类：钙粘素、选择素、免疫球蛋白超家族及整联蛋白家族。细胞粘附分子都是跨膜糖蛋白，分子结构由三部分组成：①胞外区，肽链的N端部分，带有糖链，负责与配体的识别；②跨膜区，多为一次跨膜；③胞质区，肽链的C端部分，一般较小，或与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分子相连，以活化信号转导途径。细胞粘着分子细胞粘着分子细胞粘附分子的作用方式钙粘素(cadherin)，其作用依赖于Ca2＋。至今已鉴定出30种以上钙粘素，分布于不同的组织。多为单次跨膜蛋白，介导同嗜性细胞粘着。1．介导细胞连接。在成年脊椎动物，E-钙粘素是保持上皮细胞相互粘合的主要CAM，是粘合带的主要构成成分。2．参与细胞分化。钙粘素对于胚胎细胞的早期分化及成体组织的构筑有重要作用。在发育过程中通过调控钙粘素表达的种类与数量可决定胚胎细胞间的相互作用，从而通过细胞的微环境，影响细胞的分化，参与器官形成过程。3．抑制细胞迁移。很多种癌组织中细胞表面的E钙粘素减少或消失，以致癌细胞易从瘤块脱落，成为侵袭与转移的前提。因而有人将E钙粘素视为转移抑制分子。1、钙粘着蛋白（钙粘素）钙粘素的作用：钙粘素结构模式图粘着连接钙粘素-微丝桥粒钙粘素-中间纤维选择素（selectin）属异嗜性CAM，其作用依赖于Ca2＋。主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合。已知选择素有三种：L-选择素、E-选择素及P-选择素。2、选择素选择素的分子结构单次穿膜蛋白胞外区由三个独立结构域组成：N末端凝集素结构域：识别特异糖基，参与细胞之间选择性黏附的重要活性部位。表皮生长因子样结构域：加强分子间黏附补体结合蛋白结构域：参与补体系统调节作用胞内区可通过锚定蛋白与细胞内微丝结合。选择素的功能参与白细胞或血小板与血管内皮的识别，帮助白细胞进入炎症部位。选择素及整联蛋白介导白细胞迁移免疫球蛋白超家族（Ig-superfamily，Ig-SF），分子结构中含有免疫球蛋白（Ig）的类似结构域CAM超家族，一般不依赖于Ca2＋。免疫球蛋白结构域是指借二硫键维系的两组反向平行β折叠结构。多介导淋巴细胞和免疫应答所需要的细胞之间的相互作用3、免疫球蛋白超家族整合素（integrin）专门介导异嗜性黏着，其作用依赖于Ca2＋/Mg2+。介导细胞与细胞间的相互作用及细胞与细胞外基质间的相互作用。几乎所有动植物细胞均表达整合素。异二聚体，可识别RGD序列4、整联蛋白家族细胞黏着四家族，免钙整联选择素；前二同嗜后二异，一硫三钙不分离。（二）细胞连接在多细胞生物体内，细胞与细胞或细胞外基质之间通过细胞膜相互联系，形成一个密切相关，彼此协调一致的统一体，称为细胞连接（celljunction）。紧密连接锚定连接通讯连接分布:存在腔道上皮细胞管腔面顶端及脑毛细血管内皮细胞间1、以紧密连接为特征的封闭连接电镜下结构:形态:焊接线/嵴线:跨膜蛋白排列形成膜质双层外层胞质面/P面有嵴网,膜质双层内层质膜外侧面/E面有对应的沟分子组成:♫封闭蛋白（occludin)♫紧密蛋白(claudin)♫Zonulaoccluden(ZO蛋白）4次穿膜的膜整合蛋白，C末端和N末端均伸向细胞质，对紧密连接的形成和功能起重要作用紧密连接限制膜脂和膜蛋白的侧向扩散2、锚定连接分类:粘着连接:与肌动蛋白纤维相连粘着带:细胞与细胞之间粘着斑:细胞与细胞外基质之间桥粒连接:与中间纤维相连桥粒:细胞与细胞之间半桥粒:细胞与细胞外基质之间锚定连接两类蛋白粘着连接是由肌动蛋白纤维介导的锚定连接1）.粘着带小肠上皮细胞之间粘着带结构模式图粘着带（adhesionbelt）2）.粘着斑帮助细胞运动。粘着斑的结构和功能桥粒连接是由中间纤维介导的锚定连接1）.桥粒存在部位：位于上皮细胞粘着带的下方，是相邻细胞接触点上一种类似纽扣状的结构。桥粒结构模式图中间纤维钙黏着蛋白细胞质斑桥粒斑蛋白亲珠蛋白亲斑蛋白桥粒芯蛋白桥粒胶蛋白质膜中间纤维电镜下桥粒2）.半桥粒半桥粒结构A.半桥粒结构照片B.半桥粒结构模式图锚定连接的种类及其化学组成连接名称跨膜连接蛋白细胞外配体结合细胞骨架类型细胞内附着蛋白粘着带钙粘着蛋白相邻细胞钙粘着蛋白肌动蛋白丝连环蛋白，粘着斑蛋白粘着斑整联蛋白ECM蛋白肌动蛋白丝踝蛋白，粘着斑蛋白，a-辅肌动蛋白桥粒钙粘着蛋白（桥粒芯和桥粒胶蛋白）相邻细胞钙粘着蛋白中间纤维斑珠蛋白，亲斑蛋白半桥粒整联蛋白ECM蛋白中间纤维网蛋白◆一种特殊的细胞连接,位于特化的具细胞间通讯作用的细胞◆具机械的细胞连接作用◆在细胞间形成电偶联或代谢偶联,以此来传递信号◆通讯连接的方式：●间隙连接(gapjunction)●化学突触(chemicalsynapse)●胞间连丝(plasmodesmata):植物细胞所特有（三）、通讯连接（communicatingjunction）1.间隙连接(gapjunction)分布组织：普遍存在与各种组织细胞中(成熟骨骼肌细胞和循环系统中的血细胞除外),相邻膜间有2~4nm距离,故又名缝隙连接.结构特点：双方接触面积较大的盘状结构/连接子(Connexons)许多6-8nm的六角形颗粒规则地排列在质膜上每个六角形颗粒称为一个“连接小体”，是缝隙连接的结构单位每个连接小体由6个穿膜的连接蛋白围成，中央有直径2nm的水性通道，相邻细胞膜的连接小体一一对接，孔道相通，允许分子量1000以下的物质通过。间隙连接的通透性是可以调节的功能：加强细胞间连接，介导细胞间通讯。间隙连接连接子间隙连接簇存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式,它通过释放神经递质来传导神经冲动。由突触前膜(presynapticmembrane)、突触后膜(postsynapticmembrane)和突触间隙(synapticcleft)三部分组成2.化学突触钙黏着蛋白突触前神经末端突触后神经末端突触后膜突触前膜信号传递神经分泌小泡突触间隙轴突树突分泌小泡受体蛋白分泌小泡停靠蛋白电位闸门钙离子通道Ig家族黏着蛋白神经递质受体锚定蛋白神经元表面蛋白神经元配蛋白突触前膜突触后膜离子通道化学突触的结构3.胞间连丝胞间连丝是由穿过细胞壁的质膜围成的细胞质通道，直径约20~40nm。通道中有一由膜围成的筒状结构，称为连丝小管(desmotubule)。连丝小管是由光面内质网特化而成，管的两端各与一个细胞中的内质网相连。连丝小管与胞间连丝的质膜内衬之间，填充有一圈细胞质溶质(cytosol)。一些小分子可通过细胞质溶质环在相邻细胞间传递。胞间连丝结构图解电镜下的胞间连丝横切面胞间连丝胞质环连丝小管胞质光面内质网质膜初生壁中层功能分类结构分类主要分布主要功能封闭连接紧密连接上皮组织连接相邻细胞，封闭细胞间隙，防止大分子从细胞间隙通过锚定连接＊连接肌动蛋白丝机械地将相邻细胞或将胞与基底膜相连形成一个牢固而有序的细胞群体或组织粘着带（细胞间连接）上皮组织粘着斑（细胞与ECM）上皮细胞基部＊连接肌动蛋白丝桥粒（细胞间连接）心肌，表皮半桥粒（细胞与ECM）上皮细胞基部通讯连接间隙连接大多数动物组织中在细胞间建立电和代谢偶联，具有重要的通讯功能化学突触神经细胞间或神经骨骼肌接头处胞间连丝植物细胞间细胞连接的类型总结功能分类有三种，一封二锚三通讯；结构分类有八种，一紧二带三黏斑；四桥五半六间隙，七化八胞植物间；通透极性要封紧，牢固要靠锚定连。二、细胞外基质细胞之间精密有序的胞间网络——由蛋白质和多糖大分子构成——细胞外基质分布于细胞外空间，细胞分泌的由蛋白质和多糖构成的高度水合性纤维网络凝胶结构。细胞外基质定义：功能：对细胞支持、连接、保护、营养与细胞各种生命活动有关与组织细胞病理过程有关（创伤修复、纤维化、细胞恶变侵润转移）来源：成纤维细胞（主）特化组织细胞含量种类差别大、决定组织物理性状适合其功能上皮组织肌组织脑、脊髓含量少：含量多：结缔组织平滑肌动物各种组织中的ECM虽然在量和形态上各不相同，分子组成也不同，但大致可归纳为三大类：蛋白聚糖、结构蛋白和黏着蛋白。主要是糖类物质组成的凝胶样结构蛋白聚糖(Proteoglycan)：水溶性物质，也叫糖胺聚糖主要是胶原和弹性蛋白，提供强度和韧性主要是纤连蛋白和层粘连蛋白，促进细胞与细胞外基质的结和ECM蛋白聚糖：结构蛋白：具有抵抗压力的作用起结构或粘结作用黏着蛋白：植物体的组织结构与动物差别很大，它不具有像动物组织那样的ECM，但植物细胞的细胞壁相当于动物体中的ECM-纤维素。植物细胞壁中的纤维素(Cellulose)黏着蛋白：粘接作用结构蛋白：结构作用功能弹性蛋白(elastin)胶原(collagen)纤连蛋白(fibronectin)层粘连蛋白(laminin)糖胺聚糖(GAG)蛋白聚糖(PG)ECM糖胺聚糖纤维蛋白凝胶基质-纤维网架-组成（一）、ECM的化学组成透明质酸(HA)葡糖醛酸(glucuronicacid)或艾杜糖醛酸(iduronicacid)（1）.糖胺聚糖不分支糖链N-乙酰葡糖胺(N-acetyl-glucosamine)或N-乙酰半乳糖胺(N-acetylgalactosamine)大都硫酸化ABABAB(glycosaminoglycan,GAG)(曾称粘多糖)糖残基上带有羧基或磺酸基呈强负电性氨基糖糖醛酸(uronicacid)1.多糖的分子结构-糖胺聚糖与蛋白聚糖糖胺聚糖可在细胞外创造水合的、胶状的材料，形成了所谓的细胞外基质的基质(Groundsubstance)①透明质酸(hyaluronicacid)；②硫