1、细胞连接与细胞黏附 (cell junction and cell adhesion)生命科学学院生命科学学院闭合蛋闭合蛋白白密封蛋密封蛋白白第一节第一节 细胞连接细胞连接细胞连接细胞连接(Cell Junction)相邻细胞之间、细胞与细胞外基质之间在相邻细胞之间、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。质膜接触区域特化形成的连接结构。分布：分布：人和动物体内除结缔组织和血液外人和动物体内除结缔组织和血液外的各种组织。的各种组织。功能：功能：加强细胞间的机械联系，维持组织加强细胞间的机械联系，维持组织结构的完整性和协调功能。结构的完整性和协调功能。间隙连接间隙连接化学突触化学突
2、触2.2.锚定连接锚定连接3.3.通讯连接通讯连接1.1.封闭连接封闭连接黏着连接：黏着带、黏着斑黏着连接：黏着带、黏着斑桥粒连接：桥粒、半桥粒桥粒连接：桥粒、半桥粒分类：根据结构和功能特点分三类分类：根据结构和功能特点分三类一、封闭连接封闭连接(tight junction)又叫紧密连接，广泛分布于各种上皮细胞，广泛分布于各种上皮细胞，如消化道上皮细胞、膀胱上皮细胞、脑毛如消化道上皮细胞、膀胱上皮细胞、脑毛细血管内皮细胞等。细血管内皮细胞等。游离面游离面基底面基底面存在部位：环绕每个上皮细胞的顶部。存在部位：环绕每个上皮细胞的顶部。电镜下紧密连接结构电镜下紧密连接结构小肠上皮细胞紧密连接电镜
3、照片小肠上皮细胞紧密连接电镜照片A.A.相邻质膜上蛋白颗粒连成的封闭索相邻质膜上蛋白颗粒连成的封闭索B.紧密连接中的两种穿膜蛋白紧密连接中的两种穿膜蛋白单次穿膜蛋白，免疫球蛋白超家族，这三类蛋白都通过单次穿膜蛋白，免疫球蛋白超家族，这三类蛋白都通过质膜下称为质膜下称为ZOZO蛋白的外周蛋白介导锚定在肌动蛋白丝上蛋白的外周蛋白介导锚定在肌动蛋白丝上,起连接和调节作用起连接和调节作用闭合蛋白闭合蛋白密封蛋白密封蛋白连接黏附分子连接黏附分子（junctional adhesion molecules，JAM）形成渗漏屏障形成渗漏屏障封闭上皮细胞封闭上皮细胞间隙，保证组间隙，保证组织内环境的稳织内环境
4、的稳定。定。功能功能维持上皮细胞的极性维持上皮细胞的极性二、锚定连接二、锚定连接分布：分布：广泛分布于各种组织，特别是在上皮、心广泛分布于各种组织，特别是在上皮、心肌和子宫颈等需要承受机械力的组织中尤为丰富。肌和子宫颈等需要承受机械力的组织中尤为丰富。功能：功能：参与参与组织器官形态和功能的维持、细胞的迁移运动以组织器官形态和功能的维持、细胞的迁移运动以及发育和分化等多种过程。及发育和分化等多种过程。形成能够抵抗机械张力的牢固黏合，形成能够抵抗机械张力的牢固黏合，锚定连接：是一类由细胞骨架纤维参与，存在于锚定连接：是一类由细胞骨架纤维参与，存在于细胞之间或细胞与细胞外基质之间的连接结构细胞之间
5、或细胞与细胞外基质之间的连接结构 。黏着连接黏着连接（adhering junction）：与：与肌动蛋白丝肌动蛋白丝相相连的锚定连接。连的锚定连接。桥粒连接（桥粒连接（desmosome junction）：与：与中间纤维中间纤维相连相连的锚定连接。的锚定连接。黏着带：黏着带：黏着斑：黏着斑：细胞与细胞与细胞细胞之间的黏着连接。之间的黏着连接。细胞与细胞与细胞外基质细胞外基质间的黏着连接。间的黏着连接。细胞与细胞与细胞细胞之间的连接。之间的连接。细胞与细胞与细胞外基质细胞外基质间的连接。间的连接。桥粒：桥粒：半桥粒：半桥粒：紧密连接紧密连接黏着带黏着带桥粒桥粒 半桥粒半桥粒 黏着斑黏着斑 通
6、讯连接通讯连接锚定连接结构锚定连接结构锚定连接由两大类蛋白构成：锚定连接由两大类蛋白构成：一端将特定的一端将特定的 成分同连接复合体连接；成分同连接复合体连接；另一端与另一端与 相连。相连。细胞内锚定蛋白细胞内锚定蛋白（intracellular anchor protein）细胞骨架细胞骨架穿膜黏着蛋白穿膜黏着蛋白锚定连接由两大类蛋白构成：锚定连接由两大类蛋白构成：穿膜黏着蛋白穿膜黏着蛋白（transmembrane adhesion protein）胞内区：胞内区：胞外区：胞外区：是一类细胞粘附分子是一类细胞粘附分子与细胞内锚定蛋白相连；与细胞内锚定蛋白相连；与相邻细胞特异的穿膜黏着蛋白或
7、与相邻细胞特异的穿膜黏着蛋白或细胞外基质蛋白相连。细胞外基质蛋白相连。相邻细胞间形成一个连相邻细胞间形成一个连续的带状结构续的带状结构,间隙约间隙约15-20 nm,15-20 nm,位于上皮细位于上皮细胞紧密连接的下方，是胞紧密连接的下方，是相邻细胞之间形成的一相邻细胞之间形成的一个连续的带状结构。个连续的带状结构。1.黏着带（黏着带（adhesion belt）又称又称中间连接中间连接小肠上皮细胞粘着带小肠上皮细胞粘着带钙黏蛋白钙黏蛋白肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维-联蛋白联蛋白 、联蛋白（联蛋白（catenin）-辅肌动蛋白辅肌动蛋白（actinin）黏着斑蛋白黏着斑蛋白 vinculin斑珠
8、蛋白斑珠蛋白 plakoglobin细胞内锚定蛋白细胞内锚定蛋白黏着带的功能黏着带的功能使相邻细胞的微丝束通过细胞内锚定蛋白和使相邻细胞的微丝束通过细胞内锚定蛋白和穿膜黏着蛋白连成广泛的穿膜网，使组织连为穿膜黏着蛋白连成广泛的穿膜网，使组织连为一个坚固的整体，一个坚固的整体，保持细胞形状保持细胞形状，维持组织整，维持组织整体性。体性。微丝束具有收缩功能，可以使上皮细胞内陷微丝束具有收缩功能，可以使上皮细胞内陷形成管状或泡状原基，从而在胚胎发育形态发形成管状或泡状原基，从而在胚胎发育形态发生中起重要作用。生中起重要作用。粘着带可以使上皮细胞内陷形成管状或泡状原粘着带可以使上皮细胞内陷形成管状或泡
9、状原基，在动物胚胎发育形态建成中起作用基，在动物胚胎发育形态建成中起作用2.2.黏着斑黏着斑 细胞通过细胞通过肌动蛋白纤维肌动蛋白纤维和和整合蛋白整合蛋白与与细胞外细胞外基质之间基质之间的连接方式；的连接方式；（focal adhesion）功能：功能：1.1.机械连接，介导细胞与细胞外基质的黏着；机械连接，介导细胞与细胞外基质的黏着；参与细胞信号转导参与细胞信号转导功能：相邻细胞中的中间纤维通过细胞桥粒斑和功能：相邻细胞中的中间纤维通过细胞桥粒斑和穿膜黏着蛋白构成了贯穿整个组织的整体网架，穿膜黏着蛋白构成了贯穿整个组织的整体网架，增强了组织抵抗外界压力与张力的机械强度。增强了组织抵抗外界压力
10、与张力的机械强度。功能：把上皮细胞与其下方的基底膜连接在一起，功能：把上皮细胞与其下方的基底膜连接在一起，防止机械力造成的上皮与其下方的组织剥离。防止机械力造成的上皮与其下方的组织剥离。桥粒桥粒 半桥粒半桥粒(二二)桥粒连接是由桥粒连接是由 参与的锚定连接参与的锚定连接中间纤维中间纤维桥粒桥粒半桥粒半桥粒桥粒斑，约桥粒斑，约0.5 m，中间纤维的锚定部位，许多成束的中间纤维的锚定部位，许多成束的中间纤维伸向桥粒斑，被更细的纤维系牢在桥粒斑上，中间纤维伸向桥粒斑，被更细的纤维系牢在桥粒斑上，常折成袢状返回胞质中常折成袢状返回胞质中桥粒胶蛋白桥粒胶蛋白 桥粒粘蛋白桥粒粘蛋白 桥粒斑蛋白桥粒斑蛋白桥
11、粒斑珠蛋白桥粒斑珠蛋白穿膜黏着蛋白穿膜黏着蛋白 ：整联蛋白：整联蛋白（6464），穿膜蛋白，穿膜蛋白BP180BP180可与基底膜中层黏连蛋可与基底膜中层黏连蛋白（锚定纤维）发生黏附性白（锚定纤维）发生黏附性结合，从而将细胞与基膜牢结合，从而将细胞与基膜牢固地铆在一起。固地铆在一起。半桥粒结构半桥粒结构锚定蛋白：网蛋白构成胞质斑，锚定蛋白：网蛋白构成胞质斑，可与细胞内的中间纤维相连。可与细胞内的中间纤维相连。天疱疮天疱疮自身免疫性疾病，存在抗自身桥粒穿自身免疫性疾病，存在抗自身桥粒穿膜黏着蛋白抗体，表皮棘细胞间桥粒膜黏着蛋白抗体，表皮棘细胞间桥粒连接丧失连接丧失锚定连接锚定连接连接位点连接位点
12、 连接类型连接类型穿膜蛋白穿膜蛋白 功能功能 分布分布黏着带黏着带微丝微丝细胞细胞-细细胞胞钙调蛋白钙调蛋白调节细调节细胞形状胞形状上皮细胞上皮细胞粘着斑粘着斑微丝微丝细胞细胞-细细胞外基质胞外基质整合蛋白整合蛋白细胞铺细胞铺展与迁展与迁移移上皮细胞上皮细胞基底面基底面桥粒桥粒中间纤维中间纤维细胞细胞-细细胞胞钙调蛋白钙调蛋白连接中连接中间纤维间纤维上皮细胞上皮细胞心肌细胞心肌细胞 半桥粒半桥粒中间纤维中间纤维细胞细胞-细细胞外基质胞外基质整合蛋白整合蛋白将细胞将细胞连到基连到基膜膜上皮细胞上皮细胞基底面基底面生物体大多数组织相邻细胞膜上存在特殊的生物体大多数组织相邻细胞膜上存在特殊的连接通道
13、，以实现细胞间电信号和化学信号连接通道，以实现细胞间电信号和化学信号的通讯联系，从而完成群体细胞间的合作协的通讯联系，从而完成群体细胞间的合作协调，这种连接形式称为通讯连接。调，这种连接形式称为通讯连接。间隙连接（间隙连接（gap junctiongap junction）突触（突触（synapsesynapse）通讯连接通讯连接三、通讯连接三、通讯连接(communicating junction)(一一)间隙连接是动物组织中普遍存间隙连接是动物组织中普遍存在的一种细胞连接方式在的一种细胞连接方式 豚鼠上皮细胞冷冻蚀刻电镜照片豚鼠上皮细胞冷冻蚀刻电镜照片连接子连接子间隙连接蛋白间隙连接蛋白电
14、镜下结构：电镜下结构：间隙连接部位间隙连接部位相邻细胞膜之相邻细胞膜之间有间有2-3nm2-3nm的缝的缝隙，因而间隙隙，因而间隙连接又称缝隙连接又称缝隙连接。连接。连接子连接子连接子蛋白连接子蛋白间隙连接的重要功能是介导细胞通间隙连接的重要功能是介导细胞通讯，使一个细胞内的信息通过化学讯，使一个细胞内的信息通过化学递质或电信号传递给另一个细胞，递质或电信号传递给另一个细胞，协调相邻细胞间的功能活动。协调相邻细胞间的功能活动。间隙连接的通讯方式表现为：间隙连接的通讯方式表现为：代谢代谢耦联耦联和和电耦联电耦联。是指分子量小于是指分子量小于1 kD的代谢物和信号分的代谢物和信号分子（如无机离子、
15、单糖、氨基酸、核苷子（如无机离子、单糖、氨基酸、核苷酸、维生素、酸、维生素、cAMP和和IP3等），在相等），在相邻细胞间通过间隙连接的传递。邻细胞间通过间隙连接的传递。代谢耦联代谢耦联代谢偶联代谢偶联TKTK+TKTK-Thymine kinase胸苷激酶胸苷激酶 也称离子耦联，其连接子是一种离子通道，带也称离子耦联，其连接子是一种离子通道，带电的离子能通过间隙连接到达相邻细胞。在兴电的离子能通过间隙连接到达相邻细胞。在兴奋性组织的细胞之间，均广泛存在电耦联现象。奋性组织的细胞之间，均广泛存在电耦联现象。电耦联电耦联在卵泡和早期胚胎发育过程中的作用 Cx37Cx37基因基因突变形成突变形成不
16、育症不育症 Implications and challenges of connexin connections to cancerNature Reviews Cancer 10,435-441(June 2010)肿瘤细胞间间肿瘤细胞间间隙连接减少或隙连接减少或消失消失 间隙连接的通透性是可以调节的间隙连接的通透性是可以调节的存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，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。它通过释放神经递质来传导神经冲动。（二）化学突触（二）化学突触通讯连接通讯连接具有机械的细胞连接作用？具有机械的细胞连接作用？功能分类功能分类结构分类结构分类主
17、要特征主要特征主要分布主要分布封闭连接封闭连接紧密连接紧密连接相邻细胞膜形成封闭索相邻细胞膜形成封闭索上皮细胞、脑微血管上皮细胞、脑微血管内皮细胞内皮细胞锚定连接锚定连接黏着连接黏着连接肌动蛋白丝参与的锚定连接肌动蛋白丝参与的锚定连接黏着带黏着带细胞细胞-细胞连接细胞连接上皮细胞上皮细胞黏着斑黏着斑细胞细胞-细胞外基质连接细胞外基质连接上皮细胞基底面上皮细胞基底面桥粒连接桥粒连接中间纤维参与的锚定连接中间纤维参与的锚定连接桥桥 粒粒细胞细胞-细胞连接细胞连接心肌细胞、上皮细胞心肌细胞、上皮细胞半桥粒半桥粒细胞细胞-细胞外基质连接细胞外基质连接上皮细胞基底面上皮细胞基底面通讯连接通讯连接间隙连接
18、间隙连接由连接子介导细胞通讯连接由连接子介导细胞通讯连接大多数动物组织细胞大多数动物组织细胞突触连接突触连接神经细胞突触通讯连接神经细胞突触通讯连接神经元和神经神经元和神经-肌细胞肌细胞间间细胞连接的类型细胞连接的类型Tight junctionAdhesion beltDesmosome Hemidesmosome communication junctionFocal adhesion 2-3 nm20-30 nm15-20 nm？nm电镜下紧密连接结构电镜下紧密连接结构第二节第二节 细胞黏附细胞黏附选择素选择素整联蛋白家族整联蛋白家族免疫球蛋白免疫球蛋白钙黏着蛋白钙黏着蛋白细胞黏附分子的
19、组成细胞黏附分子的组成较长的胞外区较长的胞外区：肽链的：肽链的N N端部分，带有端部分，带有糖链，是与配体识别的部位糖链，是与配体识别的部位 ；跨膜区：跨膜区：多为一次穿膜多为一次穿膜的疏水区；的疏水区；较小的胞质区较小的胞质区：肽链的：肽链的C C端部分，可与端部分，可与质膜下的细胞骨架成分或与胞内的信质膜下的细胞骨架成分或与胞内的信号转导蛋白结合。号转导蛋白结合。细胞间黏附的三种方式（引自细胞间黏附的三种方式（引自Alberts 等，等，2002）一、钙黏着蛋白家族一、钙黏着蛋白家族(cadherin)钙黏着蛋白是一类依赖于钙黏着蛋白是一类依赖于Ca2+的的同亲同亲型细胞黏附分子型细胞黏附
20、分子。单次穿膜糖蛋白，。单次穿膜糖蛋白，由由700750个氨基酸残基组成。在质个氨基酸残基组成。在质膜中常以膜中常以同源二聚体同源二聚体的形式存在。钙的形式存在。钙黏着蛋白分子结构同源性很高。黏着蛋白分子结构同源性很高。胞外区约由胞外区约由110110个氨基酸残基组成，常折叠成个氨基酸残基组成，常折叠成5 5个重复个重复结构域，可结合结构域，可结合CaCa2+2+，赋予钙黏着蛋白分子刚性和强度。，赋予钙黏着蛋白分子刚性和强度。CaCa2+2+结合越多，钙黏着蛋白刚性越强。结合越多，钙黏着蛋白刚性越强。钙黏着蛋白的结构与功能钙黏着蛋白的结构与功能 钙黏着蛋白家族部分成员钙黏着蛋白家族部分成员名称
21、名称主要分布主要分布在小鼠中失活后的在小鼠中失活后的表型表型E-钙黏着蛋白钙黏着蛋白上皮细胞上皮细胞胚泡细胞不能聚集胚泡细胞不能聚集在一起，死于胚泡在一起，死于胚泡时期时期N-钙黏着蛋白钙黏着蛋白 神经、心脏、骨神经、心脏、骨骼肌及成纤维细骼肌及成纤维细胞胞因心脏缺陷而死于因心脏缺陷而死于胚胎时期胚胎时期P-钙黏着蛋白钙黏着蛋白胎盘、乳腺、表胎盘、乳腺、表皮皮异常乳腺发育异常乳腺发育VE-钙黏着蛋钙黏着蛋白白血管内皮细胞血管内皮细胞血管异常发育（由血管异常发育（由于内皮细胞凋亡）于内皮细胞凋亡）不同的钙黏着蛋白家族成员在体内有特定的分布，常根据最初发现不同的钙黏着蛋白家族成员在体内有特定的分布
22、，常根据最初发现的组织类型命名的组织类型命名epithelialneuralplacentalvascular endothelial最初发现最初发现组织类型组织类型（1 1）介导细胞与细胞之间的同亲性细胞黏附）介导细胞与细胞之间的同亲性细胞黏附 在胚胎和成人组织中，同类细胞需要在胚胎和成人组织中，同类细胞需要具备自我标识与彼此黏附的特性。具备自我标识与彼此黏附的特性。桑椹胚 成胚细胞 滋养层 囊胚早期囊胚晚期囊胚腔（2 2）在个体发育过程中影响细胞的分化，参）在个体发育过程中影响细胞的分化，参与组织器官的形成与组织器官的形成通过调控钙黏着蛋白表达的种类与数量而通过调控钙黏着蛋白表达的种类与数
23、量而决定间的相互作用，影响细胞的分化。决定间的相互作用，影响细胞的分化。原条原条外胚层外胚层中胚层中胚层内胚层内胚层神经嵴神经嵴神经褶神经褶神经管神经管脊索脊索3.参与细胞之间稳定的特化连接结构Kalluri R&Weinberg RA,2009缺失缺失E-E-钙黏着蛋白可导致上皮性肿瘤的发生。钙黏着蛋白可导致上皮性肿瘤的发生。上皮细胞转型为间质细胞或间质细胞转型为上皮上皮细胞转型为间质细胞或间质细胞转型为上皮细胞是一个受控的可逆过程，是细胞转分化的一细胞是一个受控的可逆过程，是细胞转分化的一种方式，其分子机制是种方式，其分子机制是E-E-钙黏着蛋白的表达与否。钙黏着蛋白的表达与否。上皮上皮-
24、间质转型间质转型（epithelial-mesenchymal transition,EMT）脏器纤维化病变与脏器纤维化病变与EMTEMTPlateletEndothelialLeukocyte二、选择素二、选择素 单次穿膜糖蛋白；单次穿膜糖蛋白；胞内区可通过锚定胞内区可通过锚定蛋白与细胞内微丝蛋白与细胞内微丝结合结合 胞外区由三个独立胞外区由三个独立的结构域组成的结构域组成selectin N-N-末端凝集素样结构域：末端凝集素样结构域：识别识别特异糖基，参与细特异糖基，参与细胞之间选择性黏附的重胞之间选择性黏附的重要活性部位要活性部位具有具有加强加强分子间粘附以分子间粘附以及参与补体系统及
25、参与补体系统调节调节等等作用。作用。补体调节蛋白结构域补体调节蛋白结构域表皮生长因子样结构域表皮生长因子样结构域CaCa2+2+参与识别和黏附过程参与识别和黏附过程选择素的功能选择素的功能选择素及整联蛋白介导白细胞迁移选择素及整联蛋白介导白细胞迁移 选择素及整联蛋白介导白细胞迁移选择素及整联蛋白介导白细胞迁移整联蛋白整联蛋白唾液酸化的唾液酸化的路易斯寡糖路易斯寡糖三、免疫球蛋白超家族三、免疫球蛋白超家族 是一类分子结构中含有类似免疫球蛋白结构域、是一类分子结构中含有类似免疫球蛋白结构域、不依赖不依赖Ca2+的细胞粘附分子。的细胞粘附分子。（immunoglobin-superfamily,Ig
26、-SF）结构：胞外区由一个或多个结构：胞外区由一个或多个免疫球蛋白免疫球蛋白(Ig)样结构域组成。样结构域组成。每一个每一个Ig结构域都是由结构域都是由90110个氨基酸残基形成的紧密个氨基酸残基形成的紧密折叠结构，每个结构域在环折叠结构，每个结构域在环末端形成二硫键。末端形成二硫键。同亲型细胞黏着：神经细胞黏附分子（同亲型细胞黏着：神经细胞黏附分子（N-CAM）及血小板及血小板-内皮细胞黏附分子（内皮细胞黏附分子（PE-CAM）；）；异亲型细胞黏着：细胞间黏附分子（异亲型细胞黏着：细胞间黏附分子（I-CAM）及血管细胞黏附分子（及血管细胞黏附分子（V-CAM）等。）等。黏附方式黏附方式Ig-
27、SF成员复杂，包括多个黏附分子家族。成员复杂，包括多个黏附分子家族。通过异亲型细胞黏附着机制参与细胞黏附。通过异亲型细胞黏附着机制参与细胞黏附。选择素及整联蛋白介导白细胞迁移选择素及整联蛋白介导白细胞迁移整联蛋白整联蛋白唾液酸化的唾液酸化的路易斯寡糖路易斯寡糖细胞黏附分子细胞黏附分子血管血管（V-CAM）大多数大多数Ig-SF黏附分子介导免疫应答所需要的黏附分子介导免疫应答所需要的细胞和靶细胞之间特异的相互作用细胞和靶细胞之间特异的相互作用N-CAM介介导非免疫细导非免疫细胞的黏着胞的黏着神经细胞黏附分子神经细胞黏附分子同亲型细胞同亲型细胞黏附黏附与神经系统的发育、轴突的生长和再生与神经系统的发育、轴突的生长和再生以及突触的形成密切相关。以及突触的形成密切相关。胎儿酒精综合症 一定浓度的酒精与一定浓度的酒精与NCAM-L1结合，导结合，导致胚胎小脑细胞之间致胚胎小脑细胞之间丧失了相互识别和黏丧失了相互识别和黏着能力，导致胎儿智着能力，导致胎儿智力迟钝，无法控制肢力迟钝，无法控制肢体行动（痉挛），颜体行动（痉挛），颜面畸形面畸形思考题思考题2.什么是细胞黏附，细胞黏附分子的什么是细胞黏附，细胞黏附分子的分类作用方式和主要功能。分类作用方式和主要功能。1.试述动物细胞间的连接方式及特点。试述动物细胞间的连接方式及特点。Thanks!
