縫隙連接研究進展

關(guān)于縫隙連接研究進展第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三細胞間的粘附和特殊的連接結(jié)構(gòu)是組織形成的重要因素。第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三二、縫隙連接的發(fā)現(xiàn)縫隙連接是所有的細胞連接中最引人關(guān)注的一種連接，分布最廣，幾乎存在于所有動物，并且在很多組織中是大量存在。這種細胞與細胞間的通訊現(xiàn)象是1958年在生理學的研究中首先觀察到。但電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)縫隙連接結(jié)構(gòu)的存在，證實這一細胞偶聯(lián)生理現(xiàn)象化費了十多年的時間。第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三+++++－－－－

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－－－－++++實驗過程小龍蝦（crayfish）神經(jīng)細胞間相互作用實驗：

用一個電極插入一個細胞，在鄰近的細胞出現(xiàn)一個超乎想象的大電流，表明離子能夠自由地從一個細胞的內(nèi)部進入另一個細胞。－－－－

++++第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三縫隙連接通透性示意圖

注入一個細胞內(nèi)的小分子熒光染料同樣能容易地進入鄰近的細胞，并且沒有細胞外間隙的泄漏，只要分子小于1000d。提示孔道大約1.5nm，偶聯(lián)的細胞共享它們的小分子（如離子、葡萄糖、核苷、氨基酸和維生素等）。第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三三、縫隙連接的組成、分布與結(jié)構(gòu)一）縫隙連接的組成

縫隙連接由相鄰細胞膜上的兩個連接子（connexon）相互錨定組成，連接子是一個六聚體，由六個亞單位——連接蛋白（connexin，Cx)組成。第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三連接蛋白是由10余個成員組成的一個保守大家族；分子量由26～56KD不等，可分為α-Cx和β-Cx；至少由13個基因編碼；與其它種屬有較高的同源性，主要的差別在于Cx分子的胞漿部分。第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三連接蛋白的共同特點：四個跨膜親水片段稱為M1-4，為α螺旋結(jié)構(gòu)；兩個胞外環(huán)（Extracellularloop）分別稱為E1-2一個胞漿環(huán)（cytoplasticloop/CL）；羧基末端與氨基末端位于胞漿內(nèi)；羧基末端則差別較大。其絲/蘇及酪氨酸殘基的磷酸化/去磷酸化水平影響著縫隙連接的形成及功能狀態(tài)，能感受胞內(nèi)的信息變化，調(diào)節(jié)縫隙連接的形成及傳導性。第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三連接蛋白可寡聚成六聚體即連接子或稱半通道(hemichannel）。連接子可由單一連接蛋白組成稱同聚體連接子（homometicconnexon），連接子由幾種連接蛋白構(gòu)成稱異聚體連接子（heterometicconnexon）。異型縫隙連接（heterotypicgapjunction）同型縫隙連接（homotypicgapjunction）。第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三二）縫隙連接的電鏡結(jié)構(gòu)第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三三）縫隙連接的分布上皮細胞骨細胞、成骨細胞、軟骨細胞心肌細胞、平滑肌細胞神經(jīng)細胞小鼠視網(wǎng)膜色素上皮細胞胰島素分泌細胞晶狀體上皮細胞卵泡細胞等。第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三四、縫隙連接的功能縫隙連接具有傳導快、低阻抗、延擱時間短的特點，相鄰的細胞可以共享小分子物質(zhì)，因此可以快速和可逆地促進相鄰細胞對外界信號的協(xié)同反應。在腫瘤生長和創(chuàng)傷愈合等過程中都觀察到縫隙連接某些類型連接子表達的變化。因此，連接子可能對細胞的生長、分化、定位及細胞形態(tài)的維持具有重要意義。主要的生理功能有以下幾個方面。第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三一）細胞通訊（CellCommunication）細胞通訊是指一個細胞通過信號的傳遞使另一個細胞產(chǎn)生相應的反應的過程。細胞間的通訊對于多細胞生物體的發(fā)生和組織的構(gòu)建，協(xié)調(diào)細胞的功能，控制細胞的生長和分裂是必需的。第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三細胞間的通訊方式間接通訊接觸性依賴的通訊直接通訊GJIC第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三直接通訊：

以細胞間的縫隙連接（gapjunction，GJ）為途徑進行的細胞之間的直接信息交流，稱為直接通訊，又稱縫隙連接細胞間通訊（gapjunctioninter-cellularcommunication/GJIC）。第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

協(xié)調(diào)細胞間活動的一致性：細胞通過縫隙連接對可共享一些小分子代謝物，更常見的是cAMP、Ca2+等信息分子，因此，具有縫隙連接的細胞對外界信號刺激具有迅速、一致的反應。第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

在心肌細胞，它的收縮活動具有全或無的特點，細胞間收縮功能的協(xié)調(diào)是通過縫隙連接來完成的。在體外培養(yǎng)的大鼠心肌細胞中，隨著細胞間的縫隙連接增多，細胞由不規(guī)則收縮趨向同步收縮。第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三在兩個神經(jīng)細胞之間，它允許動作電位無延遲地迅速在細胞與細胞間傳播（不同于化學突觸）。這在有些情況下是非常重要的，如魚、昆蟲的某些逃避反應。在高等脊椎動物的心肌細胞的收縮和腸道平滑肌細胞的蠕動反應等。非可興奮細胞如纖毛擺動等協(xié)調(diào)運動中有著縫隙連接的作用。第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

參與信息傳遞及神經(jīng)沖動的傳導

縫隙連接橫跨在細胞膜上，組成了細胞之間的電學連貫性。

不同的細胞間離子通道比較第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三

縫隙連接通道有至少兩種傳導狀態(tài)，完全傳導狀態(tài)和亞傳導狀態(tài)。當電壓等條件發(fā)生變化時，通道并不完全關(guān)閉，而是長時間的處于亞傳導狀態(tài)，此時，通透性可能會發(fā)生變化，例如大分子的通透可能會減少。第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三許多connexin分子組成的通道具有電壓敏感性特性，在細胞之間電壓變化的條件下關(guān)閉?？p隙連接的交替開放，象其它“門”一樣，可調(diào)節(jié)胞質(zhì)pH和Ca2+等離子的濃度。這種變化可能是部分性的，不能完全破壞細胞之間的電學連貫性。第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三Ca2+經(jīng)縫隙連接傳導的細胞還包括：

成骨細胞、軟骨細胞、小鼠視網(wǎng)膜色素上皮細胞、胰島素分泌細胞、羊的晶狀體上皮細胞等。細胞外高濃度的Na+、Ca2+流入損傷的細胞，能誘導縫隙連接迅速關(guān)閉，以避免鄰近偶聯(lián)細胞的損傷。第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三GJ是神經(jīng)元電突觸的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，在神經(jīng)元電活動的維持、神經(jīng)元快速同步化、神經(jīng)元的發(fā)育中起著十分重要的作用，同時還參與傳遞第二信使及整合膠質(zhì)細胞的活動，在癲癰形成和發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用?？p隙連接阻斷劑能夠抑制細胞自發(fā)性放電頻率，因此，應用縫隙連接阻斷劑有望成為治療癲癰的新方法，為癲癰治療提供了新思路。第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三二）參與細胞的分化生長與發(fā)育：胚胎期8細胞桑葚胚期，細胞間均有縫隙連接；當細胞開始分化，則脫離細胞群；神經(jīng)管形成與此有關(guān)：第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三假說：一些小分子借助縫隙連接從高濃度區(qū)上皮向低濃度區(qū)上皮組織轉(zhuǎn)移，形成濃度梯度，局部的“濃度”提供了“細胞的位置”信息。根據(jù)細胞在胚胎中的“位置”從而能控制細胞的分化。是否如此，尚未定論。

在生長發(fā)育過程中，一種Cx的表達可誘導或抑制其它Cx的表達，從而參與誘導細胞的正常分化生長。第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三在胚胎期小鼠心臟發(fā)生中，準確的縫隙連接調(diào)節(jié)是保證心臟正常發(fā)生的關(guān)鍵，缺少Cx43基因的新生小鼠心臟發(fā)生異常。Cx43-/-純合子小鼠出生不久即死亡。在生長發(fā)育過程中，一種Cx的表達可誘導或抑制其它Cx的表達，從而誘導細胞的正常分化生長。第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三GJ對卵泡發(fā)育的作用：卵巢中的卵泡處于無血管的微環(huán)境中，因而縫隙連接介導卵母細胞和顆粒細胞、卵泡膜細胞的代謝交換，傳遞內(nèi)分泌和旁分泌的生長因子。卵泡的整個發(fā)育過程離不開細胞間的縫隙連接。連接蛋白Cx32、Cx37、Cx43、Cx45和Cx57參與卵泡的發(fā)育，其中Cx43和Cx37對卵巢卵泡的發(fā)育起了至關(guān)重要的作用。第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三連接蛋白在原始卵泡上幾乎不表達，偶爾在初級卵泡上表達。而在次級卵泡上（無論小鼠性成熟與否）均發(fā)現(xiàn)連接蛋白的表達。隨著卵泡的發(fā)育，連接蛋白的表達亦增加。在卵泡成熟過程中縫隙連接是顆粒細胞增殖所必須的。第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三卵泡細胞間的縫隙連接對于卵泡的發(fā)育以及甾類激素的分泌具有十分重要的意義。顆粒細胞通過縫隙連接持續(xù)低水平發(fā)送信號至卵母細胞，從而使卵母細胞滯留在減數(shù)分裂階段。此外通過誘導信號途徑(也是一種縫隙連接)使卵母細胞最終成熟。而卵母細胞不僅接受調(diào)節(jié)信號，還發(fā)送信號控制卵泡的發(fā)育，調(diào)節(jié)卵母細胞的轉(zhuǎn)錄活力，誘導各種卵母細胞蛋白翻譯后的修飾，所有這些信息的傳遞是通過縫隙連接完成的。第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三GJ與視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜各層及各種細胞均有豐富Cx的表達，不同的動物種類和不同的視網(wǎng)膜細胞可以表達不同的Cx。胚胎期眼球和視網(wǎng)膜的生長發(fā)育、成年視網(wǎng)膜正常生理功能的形成等均與Cx的表達密切相連，并且這些Cx的表達和功能可以被外界環(huán)境所影響，從而達到調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜功能的目的。第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三在腫瘤發(fā)生中，GJIC中斷在腫瘤細胞的生長、轉(zhuǎn)移中起重要作用，在腫瘤組織中，縫隙連接的數(shù)目明顯減少，體外將腫瘤細胞與表達正常Cx43的正常組織細胞共同培養(yǎng)，則腫瘤細胞向正常分化。Cx表達減少或定位異常常引起GJIC的下降，常導致細胞異常生長和腫瘤發(fā)生，Cx被認為是腫瘤抑制蛋白。Cx的非通訊功能與細胞生長及腫瘤有關(guān)。新近的研究認為Cx本身可直接參與細胞生長的調(diào)節(jié)，不一定必須通過GJIC發(fā)揮作用。五、GJIC與腫瘤形成：第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三腫瘤自殺基因治療自殺基因治療:惡性腫瘤基因治療的主要方法之一。原理:將“自殺”基因?qū)胨拗骷毎?，這種基因編碼的酶能使無毒性的藥物前體轉(zhuǎn)化為細胞毒性代謝物，誘導靶細胞產(chǎn)生“自殺”效應，從而達到清除腫瘤細胞的目的。第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三旁觀者效應：

腫瘤基因治療中，轉(zhuǎn)染自殺基因（如胸苷激酶，HSV-TK）的腫瘤細胞被殺死，其周圍一些未被轉(zhuǎn)染基因的腫瘤細胞，在藥物前體如丙氧鳥苷（Gancyclovir,GCV）的作用下也被殺死的現(xiàn)象，稱旁觀者效應（bystandereffect）

GJIC是“旁觀者效應”的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之一；第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三例如：HSVGene-TK（單純皰疹病毒胸苷激酶基因）

GCV--p

摻入DNA合成，延長終止

腫瘤細胞死亡鄰近細胞死亡／凋亡（旁觀者效應）腫瘤細胞轉(zhuǎn)染GCV（胸苷類似物）-TKTK第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三自殺基因的作用機制

第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三六、縫隙連接與心血管疾病在心血管系統(tǒng)中，心肌細胞及內(nèi)皮細胞與平滑肌細胞間存在著豐富的縫隙連接，因此縫隙連接的功能失常將引起各種心血管疾病。第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三研究顯示，在成人心臟Cx43含量最為豐富，主要存在于工作心肌細胞內(nèi)。Cx40、Cx45含量較少，Cx40主要分布于心房及近端傳導系；Cx45分布于整個傳導系統(tǒng)，是竇房結(jié)和房室結(jié)縫隙連接的主要成分。心臟不同部位連接蛋白的表達和分布情況與其電傳導功能密切相關(guān)。第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三心臟的縫隙連接(GJ)由connexin構(gòu)成介導心肌細胞間電化學信息交流的特殊通道，該通道具有親水性、通透性高、低選擇性、縱向阻抗低和保持開放狀態(tài)等特性?？p隙連接是心肌細胞間電耦聯(lián)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，它實現(xiàn)細胞間電信號和化學信號的通訊聯(lián)系從而確保心臟牛理活動的協(xié)調(diào)性和同步性。近年來隨著對其研究的深入，GJ與心血管疾病的關(guān)系，尤其是GJ在心律失常發(fā)生中的作用正備受關(guān)注，以GJ為作用靶點治療心血管疾病及開發(fā)抗心律失常新藥成為當今心血管界具有潛力的研究熱點。第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三一）心律失常：心肌纖維化常伴有較高的室性心律失常，其最明顯的病理結(jié)果是將心肌細胞隔離開來，從而失去縫隙連接的連接，失去電復極的一致性，為折返的形成創(chuàng)造了條件。心肌缺血、心肌梗死后及心肌病，心律失常是最常見并且是潛在的具有生命危險的并發(fā)癥。原先的縫隙連接發(fā)生重構(gòu)，縫隙連接沿側(cè)壁垂直族集排列，為室性心律失常形成折返環(huán)路?？p隙連接的組織方式明顯不規(guī)則，縫隙連接已不限于閏盤，而廣泛地分布于細胞表面。感染后激素及體液免疫功能的改變可能也影響著縫隙連接的功能。第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三血管內(nèi)皮細胞和平滑肌細胞間的相互調(diào)節(jié)是血管生理和病理學研究的重要內(nèi)容之一。近年研究發(fā)現(xiàn)，縫隙連接在血管內(nèi)皮細胞與平滑肌細胞間相互調(diào)節(jié)過程中起著重要作用。第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三二）動脈粥樣硬化目前認為，動脈粥樣硬化的發(fā)生被認為是一個類似腫瘤發(fā)生的一種良性過程。在腫瘤發(fā)生中，GJIC的中斷是必需的，縫隙連接的功能及數(shù)目的改變必然與動脈粥樣硬化的發(fā)生也密切相關(guān)。在動脈粥樣硬化發(fā)生過程中，血液中白細胞、單核/巨噬細胞與內(nèi)皮細胞的VCAM-1結(jié)合而粘附，從而誘導縫隙連接Cx43的表達。由此推測，縫隙連接的形成，可能與單核/巨噬細胞的錨定、趨化滲透及吞噬脂質(zhì)有關(guān)。第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三三）高血壓高血壓等模型標明,動物的動脈結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變時,其主動脈內(nèi)皮細胞的Cx43蛋白的表達較正常對照組減少了35%,而Cx37減少了59%;利用基因敲除技術(shù),Cx40基因缺失的小鼠均出現(xiàn)高血壓，血管調(diào)節(jié)變得十分不規(guī)律;特異性敲除小鼠內(nèi)皮細胞的Cx43基因會導致低血壓內(nèi)皮-平滑肌之間的肌內(nèi)皮GJ參與了血管緊張度的調(diào)節(jié)。第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三越來越多的研究表明,GJ參與了