缝隙连接及缝隙连接相关疾病研究进展

朱长良综述，裘伟光△，洪 涛审校

（南昌大学：1.第三附属医院神经外科；2.第一附属医院神经外科，江西南昌330006）

缝隙连接（gap junction，GJ）介导的细胞间通讯是最主要、最直接的细胞间信号传导形式，可以快速、可逆地促进相邻非刺激细胞对外界信号的协同反应。GJ由相邻的两个细胞各提供一个连接子或称缝隙连接蛋白（connexin，Cx）两两对接而成，组成GJ通道的缝隙连接蛋白可以是一种，或者一种以上，通过其介导的GJ蛋白通讯（gap junction intercellular communication，GJIC）从而实现细胞间信息交流和能量传递，调控细胞的增殖、分化、代谢等过程，对维持机体的内环境稳定和生长发育具有重要意义。近年来关于GJ与GJ相关疾病的发病机制探讨日益受到人们的重视，本文对其综述如下。

1 GJ的回顾性研究

Cx43可在诸多细胞中表达，如成纤维细胞、内皮细胞、造血细胞、神经元以及心脏脊神经细胞。Cx43单体可以相互结合形成六聚体连接子，相邻细胞之间的这种连接子又可以对接成GJ。GJ允许离子以及小分子物质（相对分子质量小于1.2×103，如Ca2＋、ATP和CAMP等）通过［1］。目前认为在某些情况下某些细胞连接子本身也具有半通道功能。Pannexins是非人类GJ家族成员半通道功能的基础，并能增强细胞抗原提呈和免疫反应等细胞活性，甚至还具有肿瘤抑制作用。

2 缝隙连接蛋白的结构、功能和调节

2.1 GJ的结构 细胞之间交流具有重要的意义，有助于各种细胞微环境的形成以及稳态的建立和维持。相关研究显示，相邻细胞内和细胞间分子通道均有赖于Cx家族得以完成。迄今为止，发现的Cx主要包含3个家族成员：类似于脊椎动物Cx但存在于非脊椎动物中的Innexins、脊椎动物Cx和Pannexins［1］。尽管这3种Cx起源不同，但是它们结构上和膜拓补学上具有很大相似性。Cx肽链具有2个细胞外环，1个细胞内环，其氨基末端（N）和羧基末端（C）位于细胞质内。Cx的氨基末端相对较保守，而羧基末端的丝／苏及酪氨酸残基能够感受细胞内的信号变化而改变构象。不同的Cx或连接子之间可以形成同型（聚）／异型（聚）通道，甚至单独形成半通道（hemichannel）。尽管现在关于某些细胞半通道功能仍不十分清楚，但普遍认为相邻的两细胞之间的这3组蛋白聚集成的多聚体能够形成通道，这种通道和传统的Cx形成通道具有相同功能。然而，这种Pannexins形成的半通道功能和传统细胞GJ无关［2］。目前普遍关注的主要是Pannexins形成的通道是否也具有半通道功能，很多文献都有过这方面报道［3-4］。

2.2 GJ的功能 GJ的生理作用有赖于Cx的正常表达、磷酸化及蛋白质间的相互作用等。当血管壁Cx40表达下降时，内皮细胞（EC）与平滑肌细胞（SMC）之间的 GJ（myoendothelial GJ，MEGJ，又称为肌内皮GJ）通道功能下降，限制了由EC（启动细胞或信号发送细胞）产生的内皮源性超极化因子（endothelium-derived hyperpolarizing factor，EDHF）通过该通道所引起的SMC（信号接收细胞）舒张，从而抑制了EC通过MEGJ实现其调节血管张力的功能，引起血管舒缩紊乱。而由于Cx43广泛表达，尤其在血管平滑肌中分布颇为丰富，它是目前所有连接蛋白中研究最广泛的一种缝隙连接蛋白，也是最重要的一种，另外其蛋白表达水平对血管舒缩功能也起到至关重要的作用。

2.3 GJ的调节 蛋白激酶C（PKC）、促分裂原活化蛋白激酶（MAP激酶）及Src家族中络氨酸激酶主要通过调节Cx43羧基末端（C）导致其磷酸化和去磷酸化，从而达到调节Cx43通道效应［5］。已经证实PKC途径是通过使Cx43的262和368位点磷酸化，从而使GJ通道通讯功能下降［6］。丝裂原激活蛋白激酶途径（MAPK途径）使Cx43的255、279和282位点磷酸化，通过降低通道开放的频率来抑制其通讯作用［7］。络氨酸激酶途径则通过使Cx43的268和247位点发生磷酸化对缝隙连接蛋白通道的通讯功能发挥重要的作用。络氨酸激酶作用于富含脯氨酸片段的Cx43羧基末端（C）并与其SH3（Src同源结构域）于C结构域结合，致使Cx43的268位点发生磷酸化。这种磷酸化又可以提供络氨酸激酶潜在的SH2结合位点使得Cx43的247位点发生磷酸化，从而调节通道的关闭［6］。有研究显示，连接蛋白ZO-1（内皮素-1）也能作用Cx43羧基末端［8］，而Cx43羧基末端（C）又被认为有调节各种GJ分布作用［9］。ZO-1还能调节未对接的Cx使其聚集，从而控制胞膜上半通道开放的数量［10］。起主导作用的Cx43羧基末端还与连接蛋白中的调节蛋白作用有关［11-12］。调节蛋白是一种大脑抑制性肌动蛋白，这种蛋白质属于调节蛋白／肌动蛋白的结合蛋白家族。通过免疫共沉淀和初级荧光共振能量转移研究显示，调节蛋白作用于起主导作用的Cx43羧基末端，并通过与细胞骨架F-肌动蛋白结合具有调节和稳定GJ作用［11］。

3 Cx43与星型胶质细胞

现已明确Cx43是神经系统中主要的缝隙连接蛋白，并且主要在星型胶质细胞中表达。有研究采用追踪一种蛋白组学方法来了解Cx43是如何影响星型胶质细胞功能包括变形和迁移，通过定量免疫组化和 Western blotting分析，发现Cx43siRNA的星型胶质细胞能增强细胞骨架蛋白的表达，如肌动蛋白、微管蛋白、原肌球蛋白、微管相关蛋白、转胶蛋白和胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP），同时下调丝切蛋白-1［12-13］。Cx43沉默会导致细胞的形态、迁移和黏附发生改变。有研究曾报道过Cx43和许多骨架蛋白都相互影响，相关蛋白组学研究显示大多数细胞骨架蛋白也主要是通过作用于起主导作用的Cx43羧基末端（C）［14-15］。正常胶质瘤细胞中Cx43表达相当低，因此，目前普遍习惯将其作为检测Cx43过表达的获得性效应首选神经元细胞。此类研究本来目的是要了解Cx43过表达在细胞增殖中作用，但同时也清楚地看到过表达Cx43导致了神经胶质瘤C6细胞形态学改变［16］。随后有关神经胶质瘤C6细胞研究从多角度证实了Cx43表达水平可以改变细胞形态、细胞黏附、细胞迁移，甚至与神经胶质瘤细胞的浸润有关。Lin等［17］检测到了神经胶质瘤C6细胞中Cx43促黏附作用，并初步明确其可增强神经胶质瘤细胞和星型胶质细胞中相互交流及其在脑细胞中浸润性作用。研究还发现，神经胶质瘤细胞中Cx43表达水平与肿瘤的恶性程度呈负相关［6］。

4 GJ相关疾病

目前已确认不少疾病和GJ基因突变相关［15，18］。然而这些突变会影响细胞的门控通道开闭、膜稳定性等功能。细胞迁移在发育中起到了至关重要作用。发育中的中枢神经系统如果缺乏Cx43表达则会影响神经元细胞的迁移［19］。Cx43基因突变相关人类疾病也报道过，如内脏心房异位综合征和眼齿指发育不良（ODDD）综合征［20］。目前关于间隙连接（Gap junctions，GJs）临床意义的研究主要是有关肿瘤细胞增殖方面的作用［21］，而增殖恰是恶性肿瘤最具代表性标志之一。肿瘤细胞可以离开自身肿瘤组织经跨细胞迁移到别处产生新的肿瘤［22］。鉴于细胞骨架在细胞迁移中发挥了重要作用，表明Cx43是通过与多种蛋白质相互作用来调节细胞骨架，无论Cx43基因敲除还是抑制Cx43，都对细胞形态、黏附、极性及移动有着广泛的作用。随着研究的进一步深入，Cx43将在肿瘤细胞的浸润和转移过程中都扮演着越来越重要角色。

5 展 望

细胞GJ通道通讯功能受多种因素影响，主要与缝隙连接蛋白表达水平有关，相关研究证实其功能异常可导致产生多种GJ相关疾病，如蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）后的脑血管痉挛（cerebral vascular spasm，CVS）、内脏心房异位综合征、ODDD、神经系统肿瘤等。有关人类的缝隙连接蛋白仍需要更进一步的研究，包括病理情况下在细胞运动迁移中缝隙连接蛋白组（Connexins）是如何发挥潜在作用的等，有助于进一步揭示这类疾病的发病机制和预防治疗等提供理论依据。

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