Society of human being Nurse cell Follicle cell Egg cell Multicellular organisms start life as a fertilized egg cell (Red: actin; green: staufen) Society of human being

Cells in Their Social Context

In vertebrates, the major tissue types are nerve, muscle, blood, lymphoid, epithelial and connective tissues

Epithelial tissue and connective tissue represent two extremes of organization

A cross-sectional view of part of the wall of the intestine

Epithelial tissue: cells are tightly bound together into sheets called epithelia, extracellular matrix (ECM) is scanty; Connective tissue: the extracellular matrix in plentiful, and cells are sparsely distributed within it.

Mechanical stress Cell-cell attachment Cell-ECM Epithelial tissue Cell-cell adhesion Intracellular filaments rare Connective tissue ECM plentiful

第十三章 细胞连接、细胞黏附和细胞外基质 (cell junctions，cell adhesion and the extracellular matrix)

第一节 细胞连接 第二节 细胞黏附 第三节 氨基聚糖和蛋白聚糖 第四节 胶原与弹性蛋白 第五节 非胶原性黏合蛋白

细胞连接 （Cell junction） 定义：细胞连接是相邻细胞质膜侧面特化的结构，体积很小，电镜可以观察。

Labeled Cadherin to show cell junction Adhesion Junctions Between Cells Labeled Cadherin to show cell junction

细胞连接的类型 功能分类 结构分类 主要特征 主要分布 封闭连接 紧密连接 相邻细胞膜形成封闭索 上皮细胞 锚定连接 黏着连接 肌动蛋白丝参与的锚定连接 黏着带 细胞-细胞连接 黏着斑 细胞-细胞外基质连接 上皮细胞基底面 桥粒连接 中间纤维参与的锚定连接 桥粒 心肌细胞、上皮细胞 半桥粒 通讯连接 间隙连接 由连接子介导细胞通讯连接 大多数动物细胞 化学突触 神经细胞突触通讯连接 神经元和神经-肌细胞间

一、紧密连接 (tight junctions = Occluding junctions) 特点： 1、一般存在于上皮细胞间 2、常与黏着连接及桥粒共 同形成连接复合物。 3、可被胰蛋白酶破坏。

The structure of a tight junction between epithelial cells of the small intestine

The model of tight junction

分子组成 闭合蛋白（occludin） 密封蛋白（claudin） 连接黏附分子（junctional adhesion molecules，JAMs）

三种封闭连接蛋白与肌动蛋白丝的连接

The role of tight junctions in allowing epithelia to serve as barriers to solute diffusion

The role of tight junctions in transcellular transport

紧密连接的作用： 将上皮细胞紧密联合成整体； 封闭相邻细胞的间隙，阻止物质在细胞间任意穿行，从而保证组织内环境的稳定性； 将细胞游离面、基底部及侧面的膜蛋白相隔离，防止脂质和膜蛋白自由扩散，保证受体蛋白、载体蛋白等行使各自的功能。

二、锚定连接 ( anchoring junction) 1、需要承受机械力，如上皮、心肌和子宫颈等 2、连接相邻细胞骨架成分或细胞外基质

锚定连接的结构： ① 细胞内锚蛋白 (intracellular anchor protein) ② 跨膜连接蛋白 (transmembrane anchor protein)

锚定连接的分类 与肌动蛋白(actin)相连的锚定连接，称黏着连接(Adhesion junction)。 与中间丝 (intermediate filament)相连的锚定连接(Anchoring junction) 桥粒连接。

黏着连接(Adhesion junction)：黏着带和黏着斑

细胞与细胞之间的黏着连接: 黏着带

细胞与细胞外基质之间的黏着连接：黏着斑

Vinculin: a focal adhesion plaque marker Nature 420, 85-89(7 November 2002)

A model showing the steps of cell locomotion

黏着连接（黏着带）的典型作用 上皮管的形成（formation of epithelial tube)

桥粒连接： 桥粒 (Desmosome) 半桥粒 (Hemidesmosome)。

桥粒的超微结构 细胞与细胞之间的锚定连接: 桥粒

桥粒结构特征：桥粒斑 （Desmosomal plaque）

钙粘着蛋白家族 桥粒的结构 A.桥粒的电镜照片； B.桥粒结构模式图

桥粒的功能： 整体上看，一个细胞的中间纤维与另一个细胞的中间纤维通过桥粒相互作用，形成了贯穿整个组织的网架，为这个上皮提供了结构上的连续性和抗张力。

桥粒结构相关疾病---天疱疮（pemphigus） 病由： 患者体内产生了抗自身桥粒穿膜黏着蛋白的抗体，破坏了桥粒结构，使得表皮棘细胞桥粒连接丧失而松解，组织液进入表皮，出现易破裂的水疱。

半桥粒的超微结构 细胞与细胞外基质之间的锚定连接: 半桥粒 半桥粒的结构

A.半桥粒结构照片； B.半桥粒结构模式图

--大疱性类天疱疮（bullous pemphigoid） 半桥粒结构相关疾病 --大疱性类天疱疮（bullous pemphigoid） 病由： 患者体内产生了抗自身半桥粒穿膜黏附蛋白的抗体，破坏了桥粒结构，导致表皮基底层细胞脱离基底膜，组织液进入表皮，引起严重的表皮下水疱。

三、通讯连接 (communicating junctions) 功能：机械的细胞连接作用、细胞间形成代谢偶联和电偶联。

间隙连接（Gap junction) 化学突触 (Chemical synapse) 胞间连丝 (Plasmodesma)

间隙连接（Gap junction) 间隙连接电镜图

连接子(Connexon)电镜图及其模型示意图

连接子（connexon)

连接子的开和关

连接子的分子转运和信号转导作用

连接子异常导致的疾病 进行性神经性腓骨肌萎缩症 白内障 耳聋

间隙连接（Gap junction) 通讯：除骨骼肌和血细胞外，其他细胞都通过其实现; 代谢偶联：使得小分子（1K-1.5K以下，如ATP，cAMP ，维生素和氨基酸等）直接从细胞到细胞； 电偶联：形成间隙连接通道(Gap-junction channel)，快 速介导细胞间化学递质或电信号的传递; 结构：连接子由6个跨膜连接子蛋白(Connecxin)构成。

化学突触 (Chemical synapse) 化学突触的结构（具有小囊泡的一侧为突触前膜）

化学突触的结构示意图

胞间连丝 (Plasmodesma) 植物特有结构

胞间连丝结构示意图

细胞黏附 （Cell adhesion）

细胞黏附（Cell adhesion） 细胞通过黏附分子介导的细胞与细胞或细胞与细胞外基质之间的黏着。 细胞黏附分子(Cell adhesion molecular，CAM) 一类广泛存在于细胞膜上的穿膜糖蛋白，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。

细胞黏附分子结构组成： 胞外区（N端)：带有较长糖链，与配体识别的部位。 穿膜区：多为一次穿膜的疏水区。 胞内区（C端)：较短，可与质膜下的细胞骨架成分及与胞内的信号转导分子结合。

细胞黏附分子介导细胞识别与黏着的方式：

分为四类 钙黏着蛋白（cadherin） 选择素（selectin） 免疫球蛋白超家族（IgSF） 整联蛋白家族（integrin familay）

钙黏着蛋白（cadherin） 一类依赖于Ca2+的同亲型细胞黏附分子。 分类：主要有E-钙黏着蛋白、N-钙黏着蛋白、P-钙黏着蛋白、VE-钙黏着蛋白等。

A. 钙黏着蛋白分子 B. 钙黏着蛋白重复子的三维结构 钙黏着蛋白结构与细胞黏着 A. 钙黏着蛋白分子 B. 钙黏着蛋白重复子的三维结构 C. Ca2+对钙黏着蛋白的影响

钙黏着蛋白的功能 介导细胞间同亲型细胞黏附 在个体发育过程中影响细胞 分化，参与组织器官形成 参与细胞之间稳定的特化连 接结构的形成

Cadherin Molecular Structure and Function

Compaction of an early mouse embryo. The cells of the early embryo at first stick together only weakly. At about the eight-cell stage, they begin to express E-cadherin and as a result become strongly and closely adherent to one another.

Changing patterns of cadherin expression during construction of the nervous system.

Adherens Junctions and Tissue Morphogenesis

选择素（selectin） 选择素：一类依赖于Ca2+的异亲性细胞 黏附分子，能特异性识别其他细胞表面的 寡糖链中的特定糖基。 选择素家族成员：主要有L-选择素、P-选 择素、E-选择素等。

Three kinds of selectin

选择素的结构和功能

选择素的功能 选择素及整联蛋白介导白细胞迁移

免疫球蛋白超家族（IgSF） 是一类结构中含有类似免疫球蛋白的结构 域，不依赖于Ca2+的细胞黏附分子。 IgSF家族成员 同亲型：神经细胞黏附分子（N-CAM） 血小板-内皮细胞黏附分子（PE- CAM 异亲型：细胞间黏附分子（I-CAM）， 血管细胞黏附分子（V-CAM） CAM: cell adhesion molecule

四种N-CAM和N-CAM构成的同亲型黏附

胎儿酒精综合征（fetal alcohol syndrome） About 30% of pregnant women admit to consuming alcohol at some point during their pregnancy and the incidence of fetal alcohol syndrome is known to be about 0.2 to 1.5 per one thousand live births. (Alcohol combine with N-CAM-L1.)

整联蛋白（integrin） 又称整合素，是一类依赖于Ca2+和Mg2+的异亲性细胞黏附因子，介导细胞之间以及细胞与细胞外基质间的相互黏着和识别，具有联系细胞外部因素与细胞骨架的作用。

整联蛋白的分子结构 由α 和β两个亚基形成的异二聚体跨膜蛋白，α 和β亚基均由胞外区、跨膜区和胞内区三个部分组成。 胞外区：球状头部区，是整联蛋白分子与配体结合部位，可通过自身结构域与含有Arg-Gly-Asp（RGD）三肽序列的细胞外基质成分结合，介导细胞与细胞外基质的黏着，如黏着斑和半桥粒。同时存在非RGD的配体。

Schematic view of an integrin molecule

整联蛋白的功能 介导细胞间的相互作用 介导细胞与细胞外基质相互作用 在信号传递中发挥作用

(integrin aggregation-Src-FAK-MAPK signal pathway) Adhere cells to their substratum and transmit signals from the environment to the cell interior. (integrin aggregation-Src-FAK-MAPK signal pathway)

SUMARRY

(Extracellular matrix, ECM) 细胞外基质 (Extracellular matrix, ECM)

Extracellular matrix

功能： 对细胞支持、连接、保护、营养 分布于细胞外空间，细胞分泌的由蛋白质和多糖 细胞外基质定义 ： 纤维交错形成的网络胶体结构体系，既是细胞分 泌产物，也是细胞生活的微环境。 来源：成纤维细胞（主） 特化组织细胞 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）

细胞外基质-细胞形成的整体结构关系

Fibroblasts in connective tissue

The connective tissue underlying an epithelium 上皮细胞 基底膜 巨噬细胞 成纤维细胞 蛋白多糖 胶原纤维 弹性纤维 肥大细胞 The connective tissue underlying an epithelium

氨基聚糖和蛋白聚糖 氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG） 氨基己糖和糖醛酸的重复二糖单位构成的直链多糖 葡萄糖醛酸 乙酰氨基葡萄糖

六种类型 ( 糖基连接方式 硫酸化位置)： 透明质酸（HA） 4-或6-硫酸软骨素（CS） 硫酸皮肤素（DS） 硫酸角质素（KS） 硫酸乙酰肝素（HS） 肝素（heparin）

透明质酸（hyaluronic acid, HA）

蛋白聚糖(Proteoglycan, PG） 蛋白聚糖: 由核心蛋白共价结合氨基聚糖单体的产物。 一条核心蛋白可结合100条以上相同或不同的氨基聚糖构成蛋白聚糖单体

蛋白聚糖的合成 核心蛋白在核糖体上合成，高尔基体内装配直链多糖（GAG）。硫酸化、异构化修饰。 核心蛋白Ser－连接四糖－糖基转移酶合成糖链

蛋白聚糖多聚体电镜和结构示意图

HA 的功能

胶原与弹性蛋白 胶原（collagen） 肽链中富含Gly-X-Y重复序列 体内含量最多的蛋白(30%) 分布于各种组织细胞间 不同组织中胶原的含量差别很大 成纤维细胞、成骨细胞、软骨细胞合成分泌

胶原在不同组织中的含量 / 组 织 胶原的含量 （克 100 克干重） 脱钙骨 88.0 跟 腱 86.0 皮 肤 71.9 角 膜 68.1 软 骨 46~63 韧 带 17.0 主动脉 12~24 肺 10 肝 4

AFM images of (A) a native collagen type I fibril AFM images of (A) a native collagen type I fibril. The banding is clearly visible and amounts to 67nm, the width to 300nm an the height to 20nm. (scalebar 500nm, error signal, contact mode, decanol / end-pH = 6, ca1-acid glycoprotein = 0.2 mg/ml / dialysis time: 17h) (B) native and FLS collagen type I fibrils. The formation is changing along the axis of the fibril. This formation is typical for collagen clusters. (scalebar 500nm, error signal, contact mode, decanol / end-pH = 6, ca1-acid glycoprotein = 0.3 mg/ml / dialysis time: 17h) (C) an intermediate FLS-fibril, assembled with increased a1-acid glycoprotein concentration. (scalebar 500nm, error signal, contact mode, ambient conditions / end-pH = 4.5, ca1-acid glycoprotein = 0.5 mg/ml / dialysis time: 10h) (D) native collagen type II fibrils. The banding is clearly visible and amounts to 70 nm. The diameter of collagen II (110nm in width and 13nm height) is much smaller than the diameter of collagen I. (scalebar 500nm, topography signal, non-contact mode, ambient conditions / end-pH = 6, ca1-acid glycoprotein = 0.2 mg/ml / dialysis time: 17h) AFM images of (A) a native collagen type I fibril

Typical collagen molecule and its assembly

The synthesis of collagen and fibrogenesis

Assembly of collagen fibers begins in the ER and is completed outside the cell Abnormalities in collagens can cause serious disorders.

胶原的功能 胶原成柳条状或平行排列有韧性和多向抗张性 骨骼肌和平滑肌细胞周围Ⅲ型胶原组成纤维网络 在成熟的骨骼、角膜和横膈肌腱中，形成有序的胶合板样结构 胶原经细胞表面受体介导与细胞骨架相互作用。

Tendon ligament and cartilage

弹性蛋白 非糖基化疏水纤维蛋白，富含甘氨酸、脯氨酸， 少羟化， 肽链830个氨基酸，无Gly-X-Y重复序列。 呈无规则卷曲状态，相互交联形成细胞外基质中 的弹性网络。 具高度弹性及回缩力。维持皮肤弹性。

大鼠角膜的电镜结构 胶原纤丝 成纤维细胞 弹性蛋白结构示意图

大动脉及血管弹性纤维

纤连蛋白（fibronectin） The structure of fibronectin dimer

纤连蛋白的功能 介导细胞与细胞外基质之间粘着 维持形态，调控增殖，迁移和分化 血浆纤粘连蛋白，参与血凝、创伤愈合，增强吞噬细胞的功能。 RGD 三肽序列

层粘连蛋白(laminin) The structure of laminin

层粘连蛋白功能 基底膜主要成分 RGD三肽序列黏附细胞 调节粘附、 迁移、增殖分化 Basal laminea

Application of ECM in regenerative medicine

ACell's ExtraCellular Matrix

Heart valve repair using extracellular matrix technology

Nature Medicine, 2008, 2013, 2010

Bioartificial lung engineering on the basis of perfusion-decellularizedmatrix American Journal of Transplantation 2012

Decellularization and recellularization of mouse heart and an estimate of wall movement

小 结 1、细胞连接和细胞粘附的类型； 2、细胞外基质是细胞外空间的纤维网络结构体系，主要成分为：氨基聚糖、蛋白聚糖、胶原与弹性纤维和非胶原蛋白三种类型； 2、各成分具有典型的结构和功能特征，又共同构成了细胞生活的微环境。

测试题 1、细胞连接和细胞粘附黏附的种类。 2、细胞外基质的主要组成成分。