缝隙连接与高血压的研究进展

中国现代医药杂志2010年9月第12卷第9期MMJC,Sep 2010,Vol 12,No．9·综述·缝隙连接(gap junction,GJ)，又称间隙连接、通讯连接，是由连接相邻两个细胞之间的连接通道排列而成的一种特殊膜结构。

细胞间的通讯方式可分为间接与直接方式。

相邻细胞间通过缝隙连接所介导的细胞间的通讯为直接通讯，又称缝隙连接细胞间通讯(gap junction inter-cellular communication,GJIC)。

相邻细胞通过直接通讯进行信息、能量和物质交换，参与细胞间物质交换的代谢偶联和电信号传递的电偶联，对细胞的新陈代谢、内环境稳定、增殖和血管平滑肌舒缩等生理过程起着重要的调控作用。

其中血管紧张度的增加是高血压发病的关键。

1缝隙连接的形态、结构和基本功能1.1缝隙连接的形态与结构缝隙连接是存在于相邻细胞间的膜通道结构，其基本组成单位是连接蛋白(connexin,Cx)。

缝隙连接蛋白有4个跨膜亲水片段称为M1-4,为α-2螺旋结构,两个胞外环(extracellular loop)E1-2，一个胞质环(cytoplasticloop,CL)，连接蛋白的羧基末端与氨基末端位于胞质内，氨基末端相对比较保守，而羧基末端则差别较大。

氨基末端的丝/苏及酪氨酸残基的磷酸化/去磷酸化水平影响着缝隙连接的形成及功能状态，并能够感受胞内的信息而改变构象，从而调节缝隙连接的形成及传导性。

6个相同或不同的连接蛋白在细胞膜内环绕排列成中空的半通道，形成连接子(connexon)；相邻细胞膜上的两个连接子连成直径约1.5nm 的亲水性通道,即缝隙连接[1]。

两细胞间的营养物质、代谢产物、离子、小分子（相对分子质量<1KD ）通过这小孔道互相交换。

若是组成连接子的6个连接蛋白相同，被称为同聚体连接子(homomericconnexon)，若是6个连接蛋白不同，被称为异聚体连接子(het -eromeric connexon)；一个细胞上的连接子可与另一个细胞膜上的连接子形成一个完整的缝隙连接通道，若是两个细胞间的连接子相同，被称为同型缝隙连接(homotypic gap junction)，若是两个细胞上的连接子不同，被称为异型缝隙连接(het -erotypic gap junction)[1]。

两个相邻细胞间的连接子连接形成一个完整的缝隙连接通道,缝隙连接在胞质膜上成簇出现，形成缝隙连接斑(gap junction plaques)。

不同类型缝隙连接通道具有不同物质选择性和通透性，连接蛋白的表达比例与缝隙连接的功能也密切相关。

1.2缝隙连接的基本功能近年来研究发现，缝隙连接不仅在细胞间起机械连接作用，而且可以通过电偶联和化学偶联两种方式介导细胞间的电和化学信号传递，在众多的细胞膜通道中，缝隙连接是目前发现的唯一一种允许邻近细胞直接进行细胞浆之间物质交换的细胞膜通道[2]。

Toyofuku 构建了一个模型，用只能表达Cx43的B 细胞围绕同时表达CX43与兰尼定受体（一种胞内内质网上的Ca 2+通道）的A 细胞，发现A 和B 细胞间形成了缝隙连接，经机械刺激后发现,Ca 2+可以经缝隙连接由A 向B 扩散[3]。

缝隙连接不仅起到电和化学信号通道的作用，由于不同类型缝隙连接通道具有不同物质选择性和通透性，当机体受到内外刺激后，缝隙连接可以通过改变连接蛋白的表达使机体适应此变化。

Jacques 发现，当受到机械牵张后血管连接蛋白表达增加，伴有血管结构功能的改变[4]。

研究发现，异聚/异型的CX40/CX43对染料的通透性强于同聚/同型的CX40/CX43通道。

并且发现，连接蛋白的表达比例与缝隙连接的功能也密切相关。

Burt 等的研究表明，CX40:CX43比例增加，缝隙连接对大分子物质染料的通透性下降[5]。

缝隙连接功能的调节对细胞通讯来说意义重大,胞质pH 、Ca 2+、电压、原癌基因、核苷酸、激素、神经递质、脂质、生长因子和许多外源性化学物质均可在转录、翻译、翻译后修饰水平调节缝隙连接功能,这些调节是由多种机制实现的。

缝隙连接作为一个参与物质交换的通道,发挥着信息交换的作用,它的启闭(gating process)和形成受多种因素的调节。

2GJ 与高血压的关系高血压是一种由遗传和环境因素共同作用引起的多基因病，除了遗传和环境因素外，目前认为发病机制主要与缩血管物质分泌增多，活性增强，舒血管物质分泌减少，活性减弱有关。

血压的相对稳定或者变化是血管紧张素、内皮素、一氧化氮等血管活性物质相互作用、相互调节的结果[6]。

近年研究发现，缝隙连接参与了机体血压的调节，不同缝隙连接蛋白对血压起不同的作用。

2.1内膜源性的超极化因子内膜源性超极化因子（endothelium-derived hyperpolarization factor ，EDHF ）是一种非NO 和非前列环素的内皮源性平滑肌超极化因子，目前对于EDHF 的化学本质的认识还不清楚，可能是钾离子、细胞色素P450源性花生四烯酸代谢物、过氧化氢等;也有人认为EDHF 并非某一种或某一类物质，而是一个环环相扣的作缝隙连接与高血压的研究进展王恩帮何芳▲基金项目：石河子大学科学技术研究发展计划“自然科学与技术创新”重点项目（ZRKX2009ZD03-1作者单位：832002新疆石河子大学医学院病理生理学教研室新疆地方与民族高发病教育部重点实验室122··中国现代医药杂志2010年9月第12卷第9期MMJC,Sep2010,Vol12,No．9用过程，内皮细胞外的钙离子通过非选择性的离子通道或细胞内储存的钙离子释放引起内皮细胞内的钙离子浓度增加启动了EDHF反应，而胞内钙离子浓度的增加激活了钙激活钾通道(Ca2+-activated K+channel，KCa)引起内皮细胞超极化，内皮细胞超极化的电信号可以通过肌内皮缝隙连接（myo-en-dothelial gap junction，MEGJ）引起平滑肌细胞超极化，同时，内皮细胞的超极化也可以引起钾离子通过小电导钙激活钾通道(small conductance Ca2+-activated K+，SKCa)和中电导钙激活钾通道(middle conductance Ca2+-activated K+channel,MKCa)外流，激活平滑肌细胞的内向整流钾通道(inward rectified potas-sium channel,KIR)和Na+-K+ATP酶,引起平滑肌细胞的超极化。

激动剂引起的内皮细胞超极化的电信号通过MEGJ扩散到血管平滑肌细胞,引起后者的超极化,从而引起血管扩张,这可能代表了血管内膜参与调节血管紧张性的普遍机制[7]。

而越来越多的证据表明，内皮源性平滑肌膜电位超极化，是通过肌内皮GJ而起作用。

Mather等发现CX40阻断剂可以阻断EDHF诱导的血管平滑肌舒张作用[8]。

证实了GJ在EDHF中的关键调节作用。

和肌内皮连接参与了血管紧张度的调节一样，EDHF调节血管舒张作用在高血压中也发生了一定的改变，在2KIC和DOCA-salt所致的高血压模型中，被乙酰胆碱诱导的血管舒张并没有发生改变,但是在这些动物中，一氧化氮代替了EDHF的调节作用[9，10]。

而在自发性高血压大鼠中，乙酰胆碱诱导的血管舒张作用、依赖GJ平滑肌细胞的超极化是减低的[11]。

2.2Ca2+Ca2+是影响血压的重要因素，当血游离钙下降时，细胞膜稳定性减弱，膜上相应的电压依赖性通道开放，Ca2+内流，激活钙释放机制，使得胞质游离钙进一步增高，引起血管收缩，血压升高，故临床上可以通过补钙来降低血压。

GJIC功能的上调或下调通常伴随着细胞内钙、cAMP、IP3等的变化。

而细胞外钙浓度变化也会影响缝隙连接通道的开放程度。

缝隙连接通道的电导也受胞内Ca2+浓度的影响，细胞内Ca2+浓度下降时，缝隙连接通道的电导呈剂量依赖性下降，当细胞内Ca2+与pH值同时下降时，则电导下降得更为明显[12]。

研究可以发现蛋白质的磷酸化与脱磷酸化过程受胞质钙振荡的调节，钙超载可以刺激磷酸酶，它可以使细胞裂解[13]。

已知CX43是一个钙相关的功能蛋白，CX43参与磷酸化，结合钙调蛋白以及参与蛋白溶解等生理过程。

由于缝隙连接具有离子通道的特性，并且只能通过分子量1.5KD以内的物质，而Ca2+作为离子易于通过缝隙连接，且是细胞内信号转导通路中的重要信使，因此，Ca2+可能是缝隙连接介导的细胞间信号传递的重要载体之一。

2.3CX40基因在高血压发生中作用CX40基因敲除大鼠表现出高血压，而CX43基因敲除大鼠血压则无明显变化[14]，或表现出低血压，心动过缓[15]。

在给予去氧皮质酮和盐致高血压模型（DOCA-salt模型），结扎一侧肾动脉引起的大鼠高血压模型（2K，IC型），给大鼠喂一氧化氮合酶抑制剂（L-NAME 型）的大鼠高血压模型中可发现，三种高血压模型的大鼠都有主动脉壁增厚和血管重塑，其中DOCA-salt和2K、IC型大鼠模型中主动脉壁增厚和血管重塑以血管平滑肌细胞肥大为主，而且血管的扩张性和顺应性增加，CX43水平增高，CX43磷酸化形式较多。

而在L-NAME高血压大鼠模型中，主动脉壁增厚和血管重塑以平滑肌细胞增生为主，血管扩张性和顺应性降低，CX43水平减少，磷酸化形式较前两种模型减少。

小鼠的基因敲除技术也证实了缝隙连接与血压调节存在着联系。

CX40基因与血管直径的调节作用有关：CX40基因缺失的小鼠均出现了高血压，而且这种动物血管调节变得十分不规律[16]。

特异性敲除小鼠内皮细胞中的CX43基因导致低血压。

尽管低血压的发生机制不是十分清楚,敲除CX43基因的动物血浆血管紧张素Ⅱ和一氧化氮的含量都增多了[17]，推测可能CX43在NO和AngⅡ和的产生中起关键作用。

3展望综上所述，缝隙连接是存在于相邻细胞间，可以介导细胞间电、化学信号转导的细胞膜通道结构，在外界刺激下，它可以改变连接蛋白的表达，通道电、化学通透性，调节血管的舒缩。

缝隙连接表达和功能异常，可以引起高血压，其机制可能为介导的细胞直接通讯参与了血管舒缩运动的调节，连接蛋白表达的变化,导致血管紧张度增加，最终导致高血压的发生。

然而，我们对缝隙连接的了解还很肤浅，GJ在高血压发病中作用的研究也才刚起步。

随着转基因动物、特异性更强的阻滞剂、蛋白组学技术做为新的工具来研究这些全新的领域，必将对其了解越来越多，从而最终揭开高血压发病机制。

参考文献1Corde Wit.Connexins pave the way for vascular communication[J].News Physiol Sci,2004,19(3):148-1532Alonso PM.Connexin phos phorylation as a regulatory event linked to channel gating[J].Biochim Biophys Acta,2005,1711(2):164-171 3Toyofuku T,Yubuk iM,Eto tsu K,et al.Intercellular calcium sig-naling via gap junction in connexin43transfected cells[J].J Biol Chem,1998,273(3):1519-15284Jacques AH，Pascal N,Paplp M.Contribution of connexins to the function of the vascular wall[J].Cardiovascular Research,2004,62: 345-3565Burt JM,Fletcher AM,Steele TD,et al.Alteration of Cx43:Cx40ex-pression ratio in A7r5cells[J].Am J Physiol Cell Physiol,2001, 280:C500-C5086赵连友,王先梅.高血压发病机制的研究现状[J].解放军报检医学杂志,2004,6(2):67-707Sandow SL,Tare M,Coleman HA,et al.I nvolvement of myoen dothelial gapjunctions in the actions of endothelium-derived hy-perpolarizing factor[J].Circ Res,2002,90(10):1108-11138Mather S,Dora KA，Sandow SL，et al.Rapid endothelial cell-selec tive loading of connexin40antibody blocks endothelium-derived hyperpotarizing factor dilation in rat smail mesenteric arteries[J].Circ Res,2005,97:399-4079Sendao Oliveira AP,Bendhack LM.Relaxation induced by acetyl123··中国现代医药杂志2010年9月第12卷第9期MMJC,Sep 2010,Vol 12,No．9choline involves endothelium -derived hyperpolarizing factor in 2kidney 1-clip hypertensive rat carotid arteries [J].Pharmacology,2004,72:231-23910Sofola OA,Knill A,Hainsworth R,et al.Change in endothelial function in mesenteric arteries of Sprague-Dawley rats fed a high salt diet[J].J Physiol,2002,543:255-26011Onaka U,Fujii K,Abe I,et al.Antihypertensive treatment impr-oves endothelium -dependent hyperpolarization in the mesenteric artery of spontaneously hypertensive rats [J].Circulation,1998,98:175-18212Firek L,Weingart R.Modification of gap junction conductance by divalent cations and protons in neonatal rat heart cells [J].J Mol Cell Cardiol,1995,27(8):1633-164213Thimm J,Mechler A,Lin H,et al.Calcium dependent opendent open/closed conformations and interfacial energy maps of reco nst -ituted hemichannels.J Biol Chem.2005，280(11):10646-1065414Theis M,De Wit C,Schlaeger TM,et al.Endonthelium-specific re-placement of the connexin 43coding region by a lacZ reporter gene [J].Genesis,2001,29:1-1315Liao Y,Day KH,Damon DN,et al.Endothelial cell-specific knock out of connexin 43causes hypotension and bradycardia in mice[J].Proc Natl Acad Sci USA,2001,98:9989-999416De Wit C,Roos F,Bolz SS,et al.Impaired conduction of vasodila-tion along arterioles in connexin40-deficient mice [J].Circ Res,2000,86:64917Liao Y,Day KH,Damon DN,et al.Endothelial cell -specific knockout of connexin 43causes hypotension and bradycardia in mice[J].Proc Natl Acad Sci USA,2001,98:9989（收稿：2010-06-03）1.看得懂与用得上实用性是指能够满足人们某种实践技能性、操作性要求的选题。