细胞之间有什么联系？
第一节细胞连接
一、封闭连接
(A)紧密连接(紧密接合)
小带闭塞又称小带闭塞，存在于脊椎动物的上皮细胞之间(图11-1)，长度约50-400nm，相邻细胞间的质膜紧密结合，无间隙。在电子显微镜下，可以看到连接区域有一个由蛋白质形成的熔接线网络，熔接线也叫脊线(图11-2，3)，它封闭了细胞之间的缝隙。上皮细胞层对小分子的通透性与脊线数量有关，有的联系紧密，连水分子都透不过来。
紧密连接的熔接线由跨膜的细胞粘附分子组成，主要的跨膜蛋白是claudin和occludin，还有膜的外周蛋白ZO。
紧密连接的主要作用是密封相邻细胞间的缝隙，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内，从而保证机体内环境的相对稳定；消化道上皮、膀胱上皮、脑毛细血管内皮和睾丸支持细胞之间有着密切的联系。后两者分别构成脑血屏障和睾丸血屏障，可以保护这些重要的器官和组织免受异物侵害。在各种组织中，紧密连接不同地密封一些小分子。比如小肠上皮细胞紧密连接处漏Na+ 65，438+00，000倍于膀胱上皮。
图11-1紧密连接位于上皮细胞的上端。
图11-2兔上皮细胞紧密连接(冷冻蚀刻)
图11-3紧密连接模式图
(2)分隔连接
它是无脊椎动物上皮细胞中存在的紧密连接(图11-4)。结缔蛋白呈梯形排列，形状非常规则。相连细胞中的细胞骨架成分是肌动蛋白纤维。在果蝇中，一种名为discs-large的蛋白质参与了胞间连丝的形成。突变品种不仅不能形成胞间连丝，还会产生肿瘤突起。
图11-4壁连接存在于无脊椎动物中。
二、锚固连接
(1)胶带和粘合点
粘附带呈带状环绕在细胞周围，一般位于上皮细胞顶面紧密连接处的下方(图11-5)。胶带处相邻细胞间的间隙约为15 ~ 20 nm。
图11-5胶带位于紧密连接下方。
缝隙中的粘附分子是E-钙粘蛋白(图11-6)。在质膜内部，有几种粘附蛋白与钙粘蛋白结合，包括:α-、β-、γ-连环蛋白、纽蛋白、α-肌动蛋白和plakoslobin。
图11-6胶带结构模型
粘附带下有平行于质膜排列的肌动蛋白束，钙粘蛋白通过粘附蛋白与肌动蛋白束结合。因此，相邻细胞中的肌动蛋白束通过钙粘蛋白和粘附蛋白编织成一个广泛的网络，将相邻细胞结合在一起。
粘附斑位于细胞和细胞外基质之间，通过整合素连接肌动蛋白束和基质。连接处的质膜呈盘状，称为粘着点。
(B)桥粒和半桥粒
桥粒存在于受到强拉力的组织中，如皮肤、口腔和食道的复层鳞状上皮细胞之间以及心肌中(图11-7)。相邻细胞间形成纽扣状结构，细胞膜间隙约30nm，质膜下有细胞质附着蛋白，如血小板红蛋白和桥粒蛋白，形成致密斑点，厚度约15 ~ 20 nm。斑块上有中间纤维相连，中间纤维的性质因细胞类型而异，如上皮细胞的角蛋白丝、心肌细胞的结蛋白丝等。桥粒芯和桥粒芯位于桥粒中间。因此，相邻细胞中的中间纤维通过胞质斑块和钙粘蛋白形成细胞骨架网络(图11-8)。
图11-7桥粒位于胶带下方。
图11-8桥粒结构模型
半桥粒在结构上与桥粒相似，位于上皮细胞基面与基底膜之间(图11-9)。其桥粒的不同之处在于:①桥粒结构仅在质膜内侧形成，另一侧为基膜；②跨膜连接蛋白是整合素而不是钙粘素，整合素是细胞外基质的受体蛋白；③角蛋白是细胞内粘附蛋白。
图11-9半桥粒连接上皮细胞的基底面和基底膜。
第三，沟通联系
(1)间隙连接
大多数动物组织中都存在缝隙连接。连接处相邻细胞之间有2 ~ 4 nm的间隙(图11-10)，连接面积远大于紧密连接，最大直径可达0.3 μ m，间隙和两个质膜中有大量的蛋白质颗粒，是间隙连接的基本单位，称为连接蛋白，由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位包围，直径8nm， 并在中心形成直径约为1.5nm的小孔(图11-11)通过向细胞内注入不同分子量的染料，证明缝隙连接的通道可以让分子量小于1.5KD的分子通过。 这说明细胞中的小分子，如无机盐离子、糖类、氨基酸、核苷酸、维生素等都有可能通过缝隙连接的小孔。
间隙连接的磁导率是可调的。在实验条件下，降低细胞的PH值或增加钙离子的浓度可以降低缝隙连接的通透性。当细胞受到损伤时，大量钙离子进入，导致缝隙连接的闭合，从而避免正常细胞受到损伤。
图11-10缺口连接的电镜照片
图11-11左图，连接器的电镜照片；右侧和间隙连接模型
间隙连接的功能包括:
1.参与细胞分化:在胚胎发育早期，细胞通过缝隙连接协调发育和分化。小分子物质可以在一定细胞群内建立以分泌源为中心的逐渐扩散浓度梯度，为不同分子浓度的梯度范围内的细胞提供“位置信息”，从而诱导细胞根据其在胚胎中的局部位置向一定方向分化。
2.协同代谢:如在体外培养条件下，将不能通过外源次黄嘌呤合成核酸的突变型成纤维细胞和野生型成纤维细胞共培养，使两种细胞都能吸收次黄嘌呤合成核酸。如果细胞间的缝隙连接被破坏，突变细胞就不能吸收次黄嘌呤合成核酸。
3.张力突触的构成:平滑肌、心肌和神经末梢之间的这种缝隙连接称为张力突触。电应激突触可以不依赖神经递质或信息物质，将某些细胞的电兴奋传递给邻近细胞。
(2)胞间连丝
胞间连丝是植物细胞特有的通讯连接。它是由穿过细胞壁的质膜包围的细胞质通道，直径约20 ~ 40 nm。因此，植物体细胞可以看作是一个巨大的合胞体。通道内有一个被膜包围的管状结构，称为桥小管。丝状小管是由滑面内质网特化而来，管的两端与内质网相连。胞间连丝小管和胞间连丝内衬之间充满一圈细胞质溶质。一些小分子可以通过细胞质溶质环在相邻细胞间转移(图11-12)。
图11-12胞间连丝结构模型
胞间连丝在功能上类似于动物细胞之间的缝隙连接。允许分子量小于800Da的分子通过，起到相邻细胞间的沟通作用。然而，通过胞间连丝的分子转运也应受到调控。实验表明，一些低分子量染料分子在正常胞间连丝下无法通过。然而，一些植物病毒可以产生特殊的蛋白质。当这种蛋白质与胞间连丝结合时，可以扩大胞间连丝的有效孔径，病毒颗粒可以通过胞间连丝在植物体内自由传播和侵染。
胞间连丝也在细胞分化中起作用。在高等植物中，顶端分生组织的细胞分化与胞间连丝的分布有对应关系。随着细胞的生长和延伸，侧壁上的胞间连丝逐渐减少，而侧壁上的胞间连丝仍然很多。植物中相邻细胞之间的细胞核可以通过胞间连丝穿透细胞壁。
(3)化学突触
化学突触(synapse)是可兴奋细胞之间的一种联系，其功能是通过释放神经递质来传递兴奋。由突触前膜、突触后膜和突触间隙组成(图11-13、14)。
图11-13化学突触的结构(有囊泡一侧的突触前膜)
突触前神经元的突起末梢呈球形，称为突触体。突触小泡附着在突触后神经元的细胞体或突起的表面，形成突触。突触体的膜称为突触前膜，与突触前膜相对的细胞膜或突起膜称为突触后膜，两膜之间的间隙称为突触间隙。缝隙的宽度约为20-30nm，内含粘多糖、糖蛋白等物质。
突触小泡中有许多小泡，称为突触小泡，内含神经递质。当神经冲动到达突触前膜时，突触小泡释放神经递质，被突触后膜的受体(配体门控通道)接受，引起突触后膜离子通透性的变化，引起膜的去极化或超极化。
图11-14化学突触的结构模型
表10-1各种连接的比较
闭塞连接
闭锁小带
上皮
分区连接
只存在于无脊椎动物中。
锚定结
结缔肌动蛋白
粘合带
上皮
粘合点
上皮细胞基
连接中间纤维
细胞桥粒
心肌，表皮
半桥粒
上皮细胞基
通信连接
间隙连接
在大多数动物组织中
化学性突触
神经细胞之间以及神经和肌肉之间。
胞间连丝
植物细胞间
图11-15几种电池连接的比较
第二节细胞粘附分子
细胞粘附分子(CAM)是一种参与细胞间以及细胞与细胞外基质间相互作用的分子。大致可分为五类:钙粘蛋白、选择素、免疫球蛋白超家族、整合素、透明质酸粘蛋白。
细胞粘附分子是跨膜糖蛋白，分子结构由三部分组成:①胞外区，带糖链的肽链N端部分，负责识别配体；②跨膜区，多为一个跨膜区；③胞质区，即肽链的C端部分，一般较小，或直接与质膜下的骨架成分相连，或与细胞内化学信号分子相连，激活信号转导通路。
大多数细胞粘附分子依赖于二价阳离子，如Ca2 ++和Mg2++。细胞粘附分子的作用方式有三种(图11-16):相邻两个细胞表面相同的CAM分子之间的相互识别结合(嗜同性粘附)；两个相邻细胞表面不同种类的CAM分子之间的相互识别和结合(各向异性粘附)；两个相邻细胞表面相同的CAM分子通过胞外连接分子相互识别并结合。
图11-16细胞粘附分子的作用方式
一.钙粘蛋白
钙粘蛋白属于亲水性CAM，其功能依赖于Ca2++。到目前为止，已经鉴定了30多种钙粘蛋白(表10-2)，它们分布在不同的组织中。
图11-17钙粘蛋白结构模型
钙粘蛋白的分子结构高度同源，其胞外部分形成五个结构域，其中四个是同源的，都含有Ca2+结合位点(图11-17)。决定E-钙粘蛋白结合特异性的位点在N端附近的一个结构域，通过改变两个氨基酸残基，结合特异性可以从E-钙粘蛋白变为P-钙粘蛋白。钙粘蛋白分子的细胞质部分是最高度保守的区域，参与信号转导。
E-钙粘蛋白通过不同的连接蛋白与不同的细胞骨架成分相连。例如，E-钙粘蛋白通过α-、β-、γ-连环蛋白、纽蛋白、锚蛋白和α-肌动蛋白与肌动蛋白纤维连接。桥粒中的桥粒芯糖蛋白和桥粒芯糖蛋白通过桥粒密集点与中间纤维相连。
表10-2哺乳动物细胞表面的主要钙粘蛋白分子
名字
主要分销组织
上皮钙粘蛋白
植入前的胚胎和上皮细胞(尤其集中在带状粘连处)
P-钙粘蛋白
胎盘滋养层细胞、心脏、肺和小肠
N-钙粘蛋白
胚胎中胚层、神经外胚层、神经系统(脑、神经节)、心脏和肺。
M-钙粘蛋白
成肌细胞、骨骼肌细胞
R-粘蛋白
视网膜神经细胞和胶质细胞
Ksp-钙粘蛋白
肾脏
OB-钙粘蛋白
成骨细胞
维生素B-钙粘蛋白
血管内皮细胞
桥粒芯糖蛋白
细胞桥粒
德斯科林斯
细胞桥粒
钙粘蛋白的作用主要有以下几个方面:
1.介导细胞连接。在成年脊椎动物中，E-钙粘蛋白是保持上皮细胞相互粘附的主要CAM，也是胶带的主要成分。桥粒芯糖蛋白和桥粒芯糖蛋白中的钙粘蛋白是桥粒芯糖蛋白。
2.钙粘蛋白参与细胞分化，在胚胎细胞的早期分化和成体组织(特别是上皮和神经组织)的构建中起重要作用。胚胎细胞之间的相互作用(粘附、分离、迁移和再粘附)可以通过调节发育过程中钙粘蛋白表达的类型和数量来决定，从而影响细胞分化，通过细胞微环境参与器官形成。
3.抑制细胞迁移。在多种癌组织中，细胞表面的E-cadherin减少或消失，使癌细胞容易从肿瘤块中脱落，成为侵袭转移的前提。因此，有人将E-钙粘蛋白视为转移抑制分子。
第二，选择素
选择素属于各向异性CAM，其功能依赖于Ca2++。主要参与白细胞与血管内皮细胞的识别和粘附。已知的选择素有三种:L选择素、E选择素和P选择素(图11-18)。
图11-18选择素结构模型
选择素的胞外结构域由三个重复次数不同的结构域组成:N端C-凝集素结构域、EGF样结构域和补体结合蛋白结构域；凝集素结构域对糖脂分子上糖蛋白和糖配体的识别。
E-选择素和P-选择素识别和结合的糖配体是唾液酸化和岩藻多糖N-乙酰氨基乳糖结构(sLeX和sLeA)。SLeA结构存在于髓系白细胞(包括L-选择素)表面的分子中。SLeX和sLeA结构也存在于许多肿瘤细胞的表面。
p-选择素储存在血小板的α颗粒和内皮细胞的韦贝尔-帕拉迪小体中。炎症时活化的内皮细胞表面首先出现p-选择素，然后出现E-选择素。它们在将白细胞召唤至炎症部位方面发挥重要作用。
e-选择素存在于活化的血管内皮细胞表面。炎症组织释放的白细胞介素I(IL-1)、肿瘤坏死因子(TNF)等细胞因子可激活血管内皮细胞，刺激E-选择素的合成。
l-选择素广泛存在于各种白细胞表面，并参与白细胞从炎症部位流出的过程。白细胞表面L-选择素分子上的sLeA与活化内皮细胞表面的P-选择素和E-选择素的识别结合，可以调用血液中快速流动的白细胞在炎症部位的血管内皮上减速滚动(即通过粘附、分离、再粘附等)，最终通过血管进入炎症部位。
三。免疫球蛋白超家族
Ig-超家族(Ig-SF)包括所有在其分子结构中含有免疫球蛋白(Ig)样结构域的分子，并且通常独立于Ca2++。免疫球蛋白样结构域是指由二硫键维持的两组反平行的β-折叠结构(图11-19)。
图11-19 Ig-SF结构模型
除免疫球蛋白外，还包括T细胞受体、B细胞受体、MHC和细胞粘附分子(Ig-CAM)。有些属于亲水性CAM，如各种神经细胞粘附分子(N-CAM)、血小板-内皮细胞粘附分子(PE-CAM)；其中一部分属于异性CAM，如细胞间粘附分子(I-CAM)和血管细胞粘附分子(V-CAM)。I-CAM和V-CAM的配体是整合素。
N-CAM中有20多种异形分子，在神经发育和神经细胞间的相互作用中起着重要作用。
I-CAM和V-CAM在活化血管内皮细胞中的表达。炎症过程中，活化内皮细胞表面的I-CAM可与白细胞表面的αLβ2和巨噬细胞表面的αMβ2结合。V-CAM能与白细胞的α4β1整合素结合。选择素介导白细胞与内皮细胞粘附后，使在内皮上滚动的白细胞在炎症部位固定在血管内皮上并扩散，然后分泌水解酶穿透血管壁。
四。整联蛋白
整合素多为嗜异性细胞粘附分子，其功能依赖于Ca2++。介导细胞之间以及细胞与细胞外基质之间的相互作用(图11-20)。几乎所有的动物和植物细胞都表达整合素。
图11-20整合素结构模型
整合素是由α (120~185kD)和β(90~110kD)组成的异二聚体。迄今为止，已发现16个α亚基和9个β亚基。它们以不同的组合形成20多种整合素。
α亚基的n端有一个结合二价阳离子的结构域，靠近膜的细胞质中有一个非常保守的KXGFFKR序列，与整合素活性的调节有关。
含β1亚单位的整合素主要介导细胞与细胞外基质成分的粘附。含β2亚单位的整合素主要存在于各种白细胞表面，介导细胞间的相互作用。β3亚单位的整合素主要存在于血小板表面，介导血小板聚集，参与血栓形成。除了β4能与肌动蛋白及其相关蛋白结合外，α6β4整合素以层粘连蛋白为配体，参与半桥粒的形成(图11-21)。
图11-21 α6β4整合素在半桥粒。
动词 （verb的缩写）透明质酸粘蛋白
透明质酸粘蛋白包括一类能与透明质酸糖链结合的分子，具有相似的氨基酸序列和空间构象。CD44家族就是其中之一，其分子量范围为85kd ~ 250 KD，介导细胞之间以及细胞与细胞外基质之间的相互作用。也是一种由胞外、跨膜和胞质组成的糖蛋白，其糖链为硫酸软骨素和硫酸乙酰肝素。CD44肽链的N端可以结合透明质酸，所以CD44也被认为是透明质酸的受体。
CD44的功能包括:①与透明质酸、纤连蛋白、胶原结合，介导细胞与细胞外基质的粘附；②参与细胞对透明质酸的摄取和降解；③参与淋巴细胞归巢；④参与T细胞的活化；⑤促进细胞迁移。
CD44在多种肿瘤细胞中的表达高于相应的正常组织，与肿瘤细胞的致瘤性、侵袭性和淋巴结转移有关。