細胞連接

跳轉到: 導航, 搜索
Bk7vp.jpg

細胞連接

英文名稱:cell junction  

目錄

細胞連接的定義

在多細胞生物體內,細胞與細胞之間通過細胞膜相互聯繫,形成一個密切相關,彼此協調一致的統一體,稱為細胞連接。細胞連接是多細胞有機體中相鄰細胞之間通過細胞膜相互聯繫、協同作用的重要組織方式,在結構上常包括質膜下、質膜及質膜外細胞間幾個部分,對於維持組織的完整性非常重要,有的還具有細胞通訊作用。

細胞連接是細胞間的聯繫結構,是細胞質膜局部區域特化形成的,在結構上包括膜特化部分、質膜下的胞質部分及質膜外細胞間的部分。細胞連接是多細胞有機體中相鄰細胞之間通過細胞質膜相互聯繫, 協同作用的重要基礎。

細胞連接的描述性概念是指細胞表面的特化結構,或特化區域, 兩個細胞通過這種結構連接起來。細胞的特化區涉及細胞外基質蛋白、跨膜蛋白、胞質溶膠蛋白、細胞骨架蛋白等。從功能上看,細胞連接將同類細胞連接成組織,並同相鄰組織的細胞保持相對穩定。

細胞粘著是細胞連接的起始,細胞連接是細胞粘著的發展。從時間上看,粘著在先,連接在後。從結構上看,細胞粘著涉及的分子較少、範圍局部、結構簡單;而細胞連接涉及的蛋白分子較多、範圍廣、結構複雜,結合的緊密程度高。

動物細胞有三種類型的連接∶緊密連接(tight junction)、粘著連接(adhesion junction)、間隙連接(gap junction),每一種連接都具有獨特的功能∶封閉(緊密連接)、粘著(斑形成連接)和通訊(間隙連接)。這三種類型的細胞連接中,粘著連接最為複雜,並且易同細胞粘著相混淆。根據粘著連接在連接中所涉及的細胞外基質和細胞骨架的關係又分為四種類型:橋粒半橋粒、粘著帶和粘著斑。  

一、細胞連接的類型

動物細胞間的連接方式有緊密連接、橋粒、粘合帶以及間隙連接等。

植物細胞間則通過胞間連絲連接。

動物細胞的連接按功能可分為三大類。

一封閉連接或閉鎖連接

緊密連接

二錨定連接

1、與中間纖維相關的錨定連接:

⑴橋粒

⑵半橋粒

2、與肌動蛋白纖維相關的錨定連接:

⑴粘合帶

⑵粘合斑

三通訊連接

1、間隙連接

2、神經細胞間的化學突觸

3、植物細胞中的胞間連絲  

一、封閉連接

(一)緊密連接(tight junction)

又稱封閉小帶(zonula occludens),存在於脊椎動物上皮細胞間,長度約50-400nm,相鄰細胞之間的質膜緊密結合,沒有縫隙。在電鏡下可以看到連接區域具有蛋白質形成的焊接線網路,焊接線也稱嵴線,封閉了細胞與細胞之間的空隙。上皮細胞層對小分子的透性與嵴線的數量有關,有些緊密連接甚至連水分子都不能透過。

緊密連接的焊接線由跨膜細胞粘附分子構成,主要的跨膜蛋白為claudin和occludin,另外還有膜的外周蛋白ZO。

緊密連接的主要作用是封閉相鄰細胞間的接縫,防止溶液中的分子沿細胞間隙滲入體內,從而保證了機體內環境的相對穩定;消化道上皮、膀胱上皮、腦毛細血管內皮以及睾丸支持細胞之間都存在緊密連接。後二者分別構成了腦血屏障和睾血屏障,能保護這些重要器官和組織免受異物侵害。在各種組織中緊密連接對一些小分子的密封程度有所不同,例如小腸上皮細胞的緊密連接對Na+的滲漏程度比膀胱上皮大1萬倍。

又稱不通透連接或閉鎖連接,具有連接相鄰細胞、封閉細胞間隙的通透及分隔極性上皮細胞質膜外葉頂區與基側區等三重功能。

一緊密連接是封閉連接的主要形式,普遍存在於脊椎動物體表及體內各種腔道和腺體上皮細胞之間。是指相鄰細胞質膜直接緊密地連接在一起,能阻止溶液中的分子特別是大分子沿著細胞間的縫隙滲入體內,維持細胞一個穩定的內環境。

其特點是:通過跨膜蛋白相連。

二緊密連接的結構:細胞質膜上由跨膜蛋白緊密排列形成脊線,相鄰細胞的脊線相對應連接。在不同的組織中緊密連接的程度不一樣,程度的大小根據脊線的多少判斷。

大分子絕對不可通過,對小分子及水的封閉程度則因組織而異。

如:葡萄糖的運輸:消化腔→小腸上皮細胞→結締組織

三緊密連接的功能

1、形成滲漏屏障,起重要的封閉作用;

2、隔離作用,使游離端與基底面質膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能;

3、支持功能。

緊密連接一般存在於上皮細胞之間。Ca2+是形成緊密連接所必需的,因而體外用適當的蛋白酶螯合劑處理上皮組織均可使緊密連接分離。

四緊密連接嵴線中的兩類蛋白:

〔1〕封閉蛋白,跨膜四次的膜蛋白(60KD);

〔2〕claudin蛋白家族(現已發現15種以上)

(二)間壁連接(septate junctions)

是存在於無脊椎動物上皮細胞的緊密連接。連接蛋白呈梯子狀排列,形狀非常規則,連接的細胞內骨架成分為肌動蛋白纖維。在果蠅中一種叫做discs-large的蛋白參與形成間壁連接,突變品種不僅不能形成間壁連接,還產生瘤突。  

二、錨定連接

通過細胞的骨架系統將細胞或細胞與基質相連成一個堅挺、有序的細胞群體,使細胞間、細胞與基質間具有抵抗機械張力的牢固粘合。錨定連接在組織內分布很廣泛,在上皮組織,心肌和子宮頸等組織中含量尤為豐富。

特點:通過肌動蛋白絲或中等纖維相連。

一錨定連接的構成

1、參與錨定連接的骨架系統可分兩種不同形式:

⑴與中間纖維相連的錨定連接主要包括橋粒和半橋粒;

⑵與肌動蛋白纖維相連的錨定連接主要包括粘合帶與粘合斑。

2、構成錨定連接的蛋白可分成兩類:

⑴細胞內附著蛋白,將特定的細胞骨架成分(中間纖維或微絲)同連接複合體結合在一起。

⑵跨膜連接的糖蛋白,其細胞內的部分與附著蛋白相連,細胞外的部分與相鄰細胞的跨膜連接糖蛋白相互作用或與胞外基質相互作用。

二錨定連接的類型、結構與功能

1、中間纖維相連的錨定連接

⑴橋粒:又稱點狀橋粒,位於粘合帶下方。是細胞間形成的鈕扣式的連接結構,跨膜蛋白(鈣粘素)通過附著蛋白(緻密斑)與中間纖維相聯繫,提供細胞內中間纖維的錨定位點。中間纖維橫貫細胞,形成網狀結構,同時還通過橋粒與相鄰細胞連成一體,形成整體網路,起支持和抵抗外界壓力與張力的作用。橋粒(desmosome)存在於承受強拉力的組織中,如皮膚口腔食管等處的復層鱗狀上皮細胞之間和心肌中。相鄰細胞間形成紐扣狀結構,細胞膜之間的間隙約30nm,質膜下方有細胞質附著蛋白質,如片珠蛋白(plakoglobin)、橋粒斑蛋白(desmoplakin)等,形成一厚約15~20nm的緻密斑。斑上有中間纖維相連,中間纖維的性質因細胞類型而異,如:在上皮細胞中為角蛋白絲(keratin filaments),在心肌細胞中則為結蛋白絲(desmin filaments)。橋粒中間為鈣粘素(desmoglein及desmocollin)。因此相鄰細胞中的中間纖維通過細胞質斑和鈣粘素構成了穿胞細胞骨架網路。

主要構成單位是跨膜蛋白、附著蛋白、中間纖維。胰蛋白酶膠原酶透明質酸酶皆可破壞跨膜蛋白的胞外結構,使橋粒分離;Ca2+是必需的,故螯合劑也可使之分離。

⑵半橋粒:半橋粒相當於半個橋粒,但其功能和化學組成與橋粒不同。它通過細胞質膜上的膜蛋白整合素將上皮細胞錨定在基底膜上, 在半橋粒中,中間纖維不是穿過而是終止於半橋粒的緻密斑內。存在於上皮組織基底層細胞靠近基底膜處,防止機械力造成細胞與基膜脫離。半橋粒(hemidesmosome)在結構上類似橋粒,位於上皮細胞基面與基膜之間,它橋粒的不同之處在於:①只在質膜內側形成橋粒斑結構,其另一側為基膜;②穿膜連接蛋白為整合素(integrin)而不是鈣粘素,整合素是細胞外基質的受體蛋白;③細胞內的附著蛋白為角蛋白(keratin)。

2、與肌動蛋白纖維相連的錨定連接

粘合帶(adhesion belt)呈帶狀環繞細胞,一般位於上皮細胞頂側面的緊密連接下方。在粘合帶處相鄰細胞的間隙約15~20nm。

間隙中的粘合分子為E-鈣粘素。在質膜的內側有幾種附著蛋白與鈣粘素結合在一起,這些附著蛋白包括:α-,β-,γ-連鎖蛋白(catenin)、粘著斑蛋白(vinculin)、α-輔肌動蛋白(α-actinin)和片珠蛋白(plakoslobin)。

粘合帶處的質膜下方有與質膜平行排列的肌動蛋白束,鈣粘蛋白通過附著蛋白與肌動蛋白束相結合。於是,相鄰細胞中的肌動蛋白絲束通過鈣粘蛋白和附著蛋白編織成了一個廣泛的網路,把相鄰細胞聯合在一起。

粘合斑(adhesion plaque)位於細胞與細胞外基質間,通過整合素(integrin)把細胞中的肌動蛋白束和基質連接起來。連接處的質膜呈盤狀,稱為粘合斑。

⑴粘合帶:又稱帶狀橋粒,位於緊密連接下方,相鄰細胞間形成一個連續的帶狀連接結構,跨膜蛋白通過微絲束間接將組織連接在一起,提高組織的機械張力。

E鈣粘素(依賴於Ca2+的粘附分子)為跨膜蛋白的主要成分。存在於上皮細胞近頂部、緊密連接的下端,呈一環形的帶狀。相鄰細胞的間隙約15~20nm。

⑵粘合斑:細胞通過肌動蛋白纖維和整聯蛋白與細胞外基質之間的連接方式,微絲束通過附著蛋白錨定在連接部位的跨膜蛋白上。存在於某些細胞的基底,呈局限性斑狀。其形成對細胞遷移是不可缺少的。體外培養的細胞常通過粘著斑粘附於培養皿上。  

三、通訊連接

相鄰細胞之間建立直接通訊聯繫。

一間隙連接:是動物細胞間最普遍的細胞連接,是在相互接觸的細胞之間建立的有孔道的、由連接蛋白形成的親水性跨膜通道,允許無機離子、第二信使及水溶性小分子量的代謝物質從中通過,從而溝通細胞達到代謝與功能的統一。在細胞生長、細胞增殖分化、組織穩態腫瘤發生、傷口癒合等生理病理生理過程中具有重要作用。越來越多的研究表明,構成間隙連接的連接蛋白基因的突變與人類的遺傳性疾病相關,如外周神經病耳聾皮膚病白內障、眼牙指發育不全症候群先天性心臟病等。

1、間隙連接結構

⑴間隙連接處相鄰細胞質膜間的間隙為2~3nm 。

⑵連接子(connexon) 是間隙連接的基本單位。

間隙連接最重要的特徵是間隙中叢集的圓柱形顆粒,這些圓柱形顆粒是一對6個亞單位排列成的中間有孔道的結構每一個聚體稱為連接子,連接子兩兩相對分別整合在兩相鄰細胞的質膜中。構成連接子的亞單位為連接蛋白。

連接子中心形成一個直徑約1.5nm的孔道。通道直徑通常受一些因素如膜電位、胞內pH值及Ca2+濃度等因素的調節而處於動態變化中。膜電位低落時通道關閉;pH值下降或Ca2+濃度升高均可通過改變連接蛋白的構象而使通道直徑變小,甚至關閉。

⑶連接單位由兩個連接子對接構成。一般來說,只有相同或相似的連接蛋白形成的連接子才能在細胞間建立間隙連接

2、間隙連接的蛋白成分

⑴已分離20餘種構成連接子的蛋白,屬同一蛋白家族,其分子量26—60KD不等;

⑵連接子蛋白具有4個α-螺旋的跨膜區,是該蛋白家族最保守的區域。

⑶連接子蛋白的一級結構都比較保守, 並有相似的抗原性

⑷不同類型細胞表達不同的連接子蛋白,間隙連接的孔徑與調控機制有所不同。

3、間隙連接的功能及其調節機制

⑴間隙連接在代謝偶聯中的作用:使代謝物(如胺基酸、葡萄糖、核苷酸維生素等)及第二信使(cAMP、Ca2+等)直接在細胞之間流通。

①間隙連接允許小分子代謝物和信號分子通過, 是細胞間代謝偶聯的基礎

②代謝偶聯現象在體外培養細胞中的證實

③代謝偶聯作用在協調細胞群體的生物學功能方面起重要作用.

⑵間隙連接在神經衝動信息傳遞過程中的作用:在由具有電興奮性的細胞構成的組織中,通過間隙連接建立的電偶聯對其功能的協調一致具有重要作用。

例如:神經細胞之間的電偶聯(帶電離子,一般為H+,通過間隙連接通道由一個細胞內直接進入另一個細胞內)使動作電位迅速在細胞之間傳播,從而沒有化學突觸傳播興奮時出現的時間上的延遲。

電突觸快速實現細胞間信號通訊

②間隙連接調節和修飾相互獨立的神經元群的行為

⑶間隙連接在早期胚胎髮育細胞分化過程中具有重要

①胚胎髮育中細胞間的偶聯提供信號物質的通路,從而為某一特定細胞提供它的「位置信息」,並根據其位置影響其分化。

腫瘤細胞之間間隙的連接明顯減少或消失,間隙連接類似「腫瘤抑制因子」。

⑷間隙連接對細胞增殖的控制也有一定作用。如將轉化細胞與正常細胞共培養,通常幾乎不能在兩種細胞間建立間隙連接,轉化細胞的增殖不受抑制;當用一定誘導劑使轉化細胞與正常細胞之間建立間隙連接後轉化細胞的生長即受到抑制;當封閉正常細胞與轉化細胞之間的通道後轉化細胞的生長失控復現。

⑸間隙連接的通透性是可以調節的。

①降低胞質中的pH值和提高自由Ca2+的濃度都可以使其通透性降低

②間隙連接的通透性受兩側電壓梯度的調控及細胞外化學信號的調控

二神經細胞間的化學突觸

存在於可興奮細胞之間的細胞連接方式,它通過釋放神經遞質傳導神經衝動。

化學突觸(synapse)是存在於可興奮細胞間的一種連接方式,其作用是通過釋放神經遞質來傳導興奮。由突觸前膜(presynaptic membrane)、突觸後膜(postsynaptic membrane)和突觸間隙(synaptic cleft)三部分組成。

突觸前神經元的突起末梢膨大呈球形,稱突觸小體(synaptic knob)。突觸小體貼附在突觸後神經元的胞體或突起的表面形成突觸。突觸小體的膜稱突觸前膜,與突觸前膜相對的胞體膜或突起的膜稱突觸後膜,兩膜之間稱為突觸間隙。間隙的寬度約20-30nm,內含有粘多糖和糖蛋白等物質。

突觸小體內有許多囊泡,稱突觸小泡(synaptic vesicle),內含神經遞質。當神經衝動傳到突觸前膜,突觸小泡釋放神經遞質,為突觸後膜的受體接受(配體門通道),引起突觸後膜離子通透性改變,膜去極化超極化

三胞間連絲:高等植物細胞之間通過胞間連絲相互連接,完成細胞間的通訊聯絡。

胞間連絲(plasmodesmata)是植物細胞特有的通訊連接。是由穿過細胞壁的質膜圍成的細胞質通道,直徑約20~40nm。因此植物體細胞可看作是一個巨大的合胞體(syncytium)。通道中有一由膜圍成的筒狀結構,稱為連絲小管(desmotubule)。連絲小管由光面內質網特化而成,管的兩端與內質網相連。連絲小管與胞間連絲的質膜內襯之間,填充有一圈細胞質溶質(cytosol)。一些小分子可通過細胞質溶質環在相鄰細胞間傳遞。

〔1〕胞間連絲結構

相鄰細胞質膜共同構成的直徑20-40nm的管狀結構

〔2〕胞間連絲的功能

a實現細胞間由信號介導的物質有選擇性的轉運;

b實現細胞間的電傳導;

c在發育過程中,胞間連絲結構的改變可以調節植物細胞間的物質運輸。  

細胞連接的粘附分子

細胞連接的粘附分子 (adhirin molecule of cell surface,CAM)

同種類型細胞間的彼此粘連是許多組織結構的基本特徵。細胞與細胞間的粘連是由特定的細胞粘附分子所介導的。細胞粘附分子是細胞表面分子,多為糖蛋白,是一類介導細胞之間、細胞與細胞外基質之間粘附作用的膜表面糖蛋白

一粘附分子的特徵

1、結構特點:分子結構分為三個部分:⑴胞外區:鏈的N端部分,一般比較大,帶有糖鏈;⑵跨膜區:可單次或多次跨膜;⑶胞質部分:肽鏈的C端,一般較小,與膜骨架系統相結合,或與信息系統相連。

2、粘連分子均為整合膜蛋白,在胞內與細胞骨架成分相連;

3、多數要依賴Ca2+或Mg2+才起作用。

二粘連分子的類型

1、鈣粘素

屬同親性(只與表達同類鈣粘素的細胞粘附)CAM,依賴Ca2+的細胞粘連糖蛋白,介導依賴Ca2+的細胞粘著和從胞外到細胞質傳遞信號。對胚胎髮育中的細胞識別、遷移和組織分化以及成體組織器官構成具有主要作用。根據分布組織不同分為五類,N、P、E、M、R-鈣粘素,30多個成員的糖蛋白家族,分子的同源性很高。

2、選擇素

屬異親性CAM,依賴於Ca2+的能與特異糖基識別並相結合的糖蛋白,在血流狀態下介導白細胞血管內皮細胞之間的識別與粘附。

P-選擇素:表達於血管內皮細胞、血小板、E—選擇素:表達於血管內皮細胞; L-選擇素:表達於白細胞表面。

3、免疫球蛋白超家族的CAM:許多與Ig分子結構相似、編碼基因同源的蛋白分子,主要以膜蛋白形式存在於細胞表面,參與細胞識別與信號傳遞,介導同親性細胞粘著或介導異親性細胞粘著,但其粘著作用不依賴Ca2+。

4、整合素

屬異親性CAM,作用依賴於Ca2+,介導細胞與細胞之間及細胞與細胞外基質之間的識別與結合,在細胞內外信號轉導中起著十分重要的作用。由a和b兩個亞基形成的異源二聚體糖蛋白。人體細胞中已發現16種a鏈和8種b鏈,它們相互配合形成22種不同的二聚體整合素,可與不同的配基結合,從而介導細胞與基質、細胞與細胞之間的粘著

三粘著方式

1、細胞中主要的粘著因子家族

2、與細胞錨定連接相關的粘著因子

3、非錨定連接的細胞粘著因子及其作用部位  

細胞連接作用和意義

細胞間連接的主要作用在於加強細胞間的機械連接。此外對細胞間的物質交換起重要作用。一般認為,間隙連接在細胞間物質交換中起明顯的作用;中間連接部分也是相鄰細胞間易於物質交流的場所;緊密連接是不易進行細胞間物質交換的部分;橋粒的作用看來也只是在於細胞間的粘著。  

細胞連接研究現況

據生命經緯2007年8月24日報導:間隙連接處(Gap junctions)是相鄰細胞形成小孔或通道、讓信號分子和離子在細胞之間自由通過的地方,它們存在於脊椎動物的很多成年細胞和正在發育的細胞中。它們的功能 一直被認為在很大程度是由於細胞之間的分子流動。但事情並不是這麼簡單。

現在,Elias等人提供的證據表明,間隙連接處在神經遷移中發揮一定作用,而對遷移來說重要的是間隙連接蛋白的粘附性能及細胞之間接觸點的性質,不是它們通道的導通性能。這一發現的意義已經超出了腦發育。因為很多其他間隙連接功能(包括參與腫瘤的轉移)也可能取決於粘附性能而不是小孔功能,所以間隙連接處可能因以前沒有被考慮到的方式而易於操控。本期封面所示為沿著腦中的放射狀纖維爬行的神經元,而提供粘附接觸的一團團間隙連接處用橙色顯示。

關於「細胞連接」的留言: Feed-icon.png 訂閱討論RSS

目前暫無留言

添加留言
個人工具
名字空間
動作
導航
功能菜單
工具箱