细胞粘附分子在细胞生物学中的作用研究
细胞外基质和基质细胞相互作用的研究
细胞外基质和基质细胞相互作用的研究基质是指所有生物体内除细胞外的物质。
在这些物质中，最重要的就是细胞外基质，它是一种类似胶的物质，由水和各种蛋白质构成。
细胞外基质在细胞功能、组织结构和发育中起着重要的作用。
细胞外基质与细胞的相互作用是一个重要的研究领域，包括细胞与基质分子的相互作用、细胞对不同基质成分的选择性附着、细胞分化和外形变化等。
下面，我将分别从这几个角度来探讨细胞外基质和基质细胞相互作用的研究。
1. 细胞与基质分子的相互作用细胞与基质分子的相互作用主要是通过胞外基质的受体和粘附分子来实现的。
这些分子在胞外基质分子上或细胞膜上表达，它们促进细胞与胞外基质的相互作用，调节细胞分化、增殖、迁移以及细胞间互动等重要生物学过程。
以整合素为例，其是细胞与胞外基质相互作用的重要受体。
整合素家族有很多成员，它们与胶原蛋白、纤维连接蛋白、透明质酸等基质分子结合，进而调节细胞的附着、增殖、迁移等生物学过程。
此外，有研究表明，多种胞外基质分子如透明质酸、纤维连结蛋白等都与其它受体结合，发挥生物学调节作用。
2. 细胞对不同基质成分的选择性附着细胞在胞外基质中的选择性附着是由胞外基质蛋白和胞内蛋白以及细胞膜receptor 表达情况的共同调节作用，它们对细胞在基质中的定位和作用安排具有重要的作用。
有研究表明，胞外基质分子的结合能力和细胞膜上受体的配体选择性是细胞对不同基质成分选择性附着的关键因素。
基质分子结合能力强时，在细胞表面形成大量和长时间的链状分子，形成加强附着力的框架。
而表达不同受体的细胞对不同基质分子的选择性附着和附着力不同。
3. 细胞分化和外形变化细胞分化和外形变化是细胞生存、生长和发育中重要的生物学过程，胞外基质在这些过程中也发挥着极其重要的作用。
以小鼠胚胎上皮为例，研究发现，当细胞分化时，基质分子的配合物改变，胞外基质肌动蛋白纤维网络也发生变化，使得胚胎细胞控制并调整自身吸收和排泄粘附物减弱，胚胎细胞便可摆脱原定位并继续发育。
医学细胞生物学：第十章 细胞连接与细胞粘连
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细胞生物学
◆细胞粘附分子（CAM）近年已发现的达百余种， 可大致归为四大族：
1. 钙粘素 ( Cadherin) 族： cell-cell 2. 选择(凝)素族 ( Selectin )： cell-cell 3. 整合素族 ( Integrin )：cell-matrix and cell-cell 4. 免疫球蛋白超家族 ( Ig-superfamily, Ig-SF)：cell-cell
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细胞生物学
1.分子结构：
*单跨膜糖蛋白: 胞外区形成 5个结构域， 存在4 个 Ca2+ 结合部位。
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细胞生物学
E-钙黏素存在于细胞的 粘合连接处
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细胞生物学
2.功能
（1）介导同种上皮细胞表面同种分子间的识别与结合
（同亲性相互作用）：参与上皮细胞间的粘合与粘合连接。 E-钙黏素（E-cadherin）存在于上皮细胞带状黏合连接处 桥粒芯糖蛋白(Desmoglein)和桥粒芯胶蛋白(Desmocollin)存在
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细胞生物学
1.形态结构
间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为2～4 nm 。 连接子(connexon) 是间隙连接的基本单位。呈柱 状，柱长7.5nm, 外径6nm, 通道孔径2nm。 每个连接子由6个相同或相似连接蛋白（connexin） 分子组成。
连接子中心形成一直径约 1.5～2nm的孔道。 允许分子量在1500道尔顿 以下的分子通过。 连接单位由两个连接子
Claudins与恶性肿瘤关系密切。
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细胞生物学
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细胞生物学
2.紧密连接的功能
◆机械连接作用 ◆封闭上皮细胞的间隙： 形成渗漏屏障，是构成血脑屏障和血睾屏障的结 构基础。 ◆隔离作用:保证上皮组织内环境的稳定性
细胞生物学名词解释
单位膜：生物膜的结构单位。
电镜下观察生物膜，可见为“两暗一明”的三层结构通常将这三层结构型式作为一个单位，称为单位膜。
生物膜：细胞中所有的膜结构统称生物膜。
生物膜=细胞膜+胞内膜细胞表面（cell surface）：由细胞膜、细胞被、胞质溶胶，各种细胞连结结构和细胞膜的特化结构组成的复合的结构和功能体系称为细胞表面。
细胞被：细胞膜表面存在的一层绒毛状多糖物质，厚约200nm，由细胞膜表面的糖蛋白，糖脂、蛋白聚糖的糖链向外伸展交织而成。
胞质溶胶层：细胞膜下0.1--0.2 nm的溶胶层，含高浓度的蛋白质、微管、微丝，无核糖体、线粒体，这层物质称胞质溶胶层。
细胞粘附：细胞间相互接触和结合的现象。
细胞粘附由粘附分子介导。
粘附分子：由细胞产生、存在于细胞表面或胞外基质中、介导细胞与细胞或细胞与基质相互接触和结合的一类分子。
粘附分子多数为糖蛋白，少数为糖脂。
组织中相邻细胞膜接触区域特化形成一定的连接结构，称为细胞连接（cell junction ）核纤层:内层核膜靠核质的一侧有一层蛋白(V型中间丝蛋白)组成的纤维网络结构，向外与内膜上的镶嵌蛋白相连;向内与染色质上的特异部位相结合。
结构性异染色质:位于着丝粒和端粒处,终生为异染色质.染色单体在着丝粒处相连,互称为姐妹染色单体。
着丝粒和动粒着丝粒位于两条染色单体连接处,将染色体分为两个臂。
动粒（着丝点）是着丝粒周围有蛋白质性质的盘状结构，可直接连接纺缍丝，是纺缍丝的附着区域。
主缢痕和次缢痕染色体臂长臂（q) 短臂（p）。
随体在有些染色体的短臂近末端，有一棒状或球状的结构，称随体。
端粒是染色体末端的特化部位。
核仁组织区(NOR):是存在于细胞内特定染色体次缢痕处，含有主要rRNA（18S和28S rRNA ）基因的一个染色体区段。
细胞增殖(cell proliferation)是细胞通过生长和分裂使细胞数目增加的过程。
细胞增殖周期：指连续分裂的细胞从亲代细胞分裂结束开始到子代细胞分裂结束为止所经历的全过程，简称细胞周期(cell cycle)。
细胞与ECM相互作用的调节及其临床应用
细胞与ECM相互作用的调节及其临床应用细胞与细胞外基质（ECM）相互作用是维护细胞生存和发挥其功能的重要环节。
细胞与ECM之间的相互作用是双向的，细胞通过受体与ECM发生作用，反过来ECM也能通过调节受体信号传导路径影响细胞行为，如增殖、迁移和分化等。
ECM包括构成细胞基质的大分子物质，如胶原、弹性蛋白以及蛋白多糖等，其三维结构和组成特性能够参与调节细胞行为。
细胞外基质（ECM）的生物学意义ECM是细胞外分泌的一种复杂分子组织结构物，由胶原、弹性蛋白、蛋白多糖和肌动蛋白等多种成分构成。
ECM的基本单位是*胶原纤维*，一条胶原纤维是由三个α螺旋型胶原蛋白子单元构成的三股螺旋状结构，有较强的牢固性和延展力。
ECM的三维结构和成分特性能够参与调节细胞行为，如增殖、迁移和分化等。
ECM可以为细胞提供支持和结构性支持，对于细胞的形态、间质和功能表现都有着至关重要的影响。
此外，ECM还能够影响细胞分化和功能表达等生理活动，是用来培养和支持细胞培养的基础。
细胞与ECM相互作用的调节细胞与ECM之间的相互作用是双向的。
一方面，细胞通过受体与ECM发生作用；另一方面，ECM也能通过调节受体信号传导路径影响细胞行为，如增殖、迁移和分化等。
细胞受体主要有浆膜受体和细胞内受体两种。
浆膜受体包括紧密连接素（cadherin）、整合素（integrin）和蛋白质酪氨酸激酶受体（RTK）等，这些受体与ECM之间直接形成物理性的联系。
浆膜受体与ECM之间的相互作用可以启动胞内信号传导途径，如可以激活Ras/Raf/MAPK途径、以及PI3K/Akt途径等，影响细胞的增殖、迁移和分化等生理行为。
整合素特别重要，是纤维连接多肽和肌动蛋白等细胞或ECM之间的粘附分子。
ECM中的蛋白质能够与整合素紧密结合，从而激活细胞内的信号传导途径。
研究表明，整合素能够影响细胞的形态、生长、分化和命运的选择等诸多生理过程。
在细胞与ECM相互作用中，同时存在非特异的相互作用和特异的相互作用。
细胞生物学-翟中和-第三版-第十五章
半桥粒处的α6β4整合素
细胞外基质指细胞质膜外表面覆盖的一层粘多糖 物质，实际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类 分子共价结合的寡糖链。
不仅对膜蛋白起保护作用,而且在细胞识别中 起重要作用。
第三节 细胞外基质 结构：
指分布于细胞外空间, 由细胞分泌的蛋白和 多糖所构成的网络结构。
主要功能： 构成支持细胞的框架，负责组织的构建； 胞外基质三维结构及成份的变化,改变细 胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、 分化和凋亡起重要的调控作用。 胞外基质的信号功能
三、通讯连接 间隙连接：分布广泛，几乎所有的动物 组织中都 存在间隙连接。 化学突触：存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式, 它通过释放神经递质来传导神经冲动。 胞间连丝：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连 接,完成细胞间的通讯联络。
（一）间隙连接 1、结构与成分
间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为2～3nm 。 连接子(connexon) 是间隙连接的基本单位。
四、整联蛋白（integrin）：
大多为亲异性细胞粘附分子，其作用依赖于Ca2＋。 介导细胞与细胞间的相互作用及细胞与细胞外基质 间的相互作用。
由α （120~185kD）和β（90~110kD）两个亚单 位形成的异二聚体。迄今已发现16种α亚单位和9种 β亚单位。它们按不同的组合构成20余种整合素。
（二）胞间连丝
高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,完成细胞 间的通讯联络。
胞间连丝结构相邻细胞质膜共同构成的直径2040nm的管状结构
胞间连丝的功能 实现细胞间由信号介导的物质有择性的转运； 实现细胞间的电传导； 在发育过程中，胞间连丝结构的改变可以调节 植物细胞间的物质运输。
胞间连丝结构 模型
（三）化学突触是存在 于可兴奋细胞间的一种 连接方式，其作用是通 过释放神经递质来传导 兴奋。由突触前膜、突 触后膜、 和突触间隙三 部分组成。
细胞交联实验报告
一、实验目的1. 掌握细胞交联技术的原理和操作步骤。
2. 了解细胞交联在细胞生物学研究中的应用。
3. 通过实验验证细胞交联对细胞功能的影响。
二、实验原理细胞交联是一种通过化学或物理方法使细胞膜上的蛋白质分子相互连接的技术。
细胞交联可以增强细胞膜的稳定性，提高细胞对机械应力的抵抗力，并可能影响细胞信号转导和细胞间相互作用。
在细胞生物学研究中，细胞交联技术常用于模拟细胞在体内或体外环境中的相互作用，以及研究细胞膜的物理和化学性质。
三、实验材料1. 细胞：人胚胎肾细胞（HEK293）。
2. 交联剂：戊二醛（glutaraldehyde）。
3. 试剂：磷酸盐缓冲盐溶液（PBS）、胎牛血清（FBS）、青霉素、链霉素、胰蛋白酶、EDTA。
4. 仪器：倒置显微镜、流式细胞仪、细胞培养箱、离心机、移液器等。
四、实验方法1. 细胞培养：将HEK293细胞接种于6孔板中，置于细胞培养箱中培养至对数生长期。
2. 细胞交联：将细胞用PBS洗涤两次，加入戊二醛溶液（终浓度1%），在室温下孵育30分钟。
3. 细胞洗涤：用PBS洗涤细胞3次，去除未交联的戊二醛。
4. 细胞功能检测：a. 激活细胞膜上的钙离子通道：加入钙离子载体A23187，观察细胞内钙离子浓度变化。
b. 诱导细胞凋亡：加入肿瘤坏死因子α（TNF-α），观察细胞凋亡情况。
c. 检测细胞粘附：将细胞接种于玻片上，用不同浓度的戊二醛处理，观察细胞粘附情况。
五、实验结果1. 细胞交联对细胞内钙离子浓度的影响：与未交联细胞相比，细胞交联后细胞内钙离子浓度显著升高，说明细胞交联可以增强细胞膜上钙离子通道的活性。
2. 细胞交联对细胞凋亡的影响：与未交联细胞相比，细胞交联后细胞凋亡率显著降低，说明细胞交联可以抑制细胞凋亡。
3. 细胞交联对细胞粘附的影响：与未交联细胞相比，细胞交联后细胞粘附率显著升高，说明细胞交联可以增强细胞粘附能力。
六、实验讨论1. 细胞交联是一种有效的细胞膜修饰技术，可以增强细胞膜的稳定性，提高细胞对机械应力的抵抗力。
医学细胞生物学：10 细胞连接与细胞粘连
➢ 功能：使相邻细胞的微丝束通过细胞内锚定蛋白和跨膜粘连蛋白
连成广泛的跨膜网，使组织连为一个坚固的整体。
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粘合带(adhesion belt)位于紧密连接下方
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第十章 细胞连接与细胞粘连 CELL JUNCTION AND CELL DHESION
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第一节 细胞连接
➢ 细胞连接：是相邻细胞间，细胞与细胞外基质间在质膜 接触区域特化形成的连结结构，是维系细胞间相对稳定 的结构。
➢ 分布：人和动物体内除了结缔组织和血液外的各种组织
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锚定连接由两大类蛋白组成
1. 细胞内锚定蛋白 ➢ 一端将特定的细胞骨架同连接复合体连接 ➢ 另一端与跨膜粘连蛋白相连 2. 跨膜粘连蛋白：是一类细胞黏附分子 ➢ 胞内区：与细胞内锚定蛋白相连 ➢ 胞外区：与相邻细胞特异的跨膜粘连蛋白或与细胞外
➢ 分类：根据其结构和功能特点分为三大类：
➢ 紧密连接 (occluding junction)，又称封闭连接
➢ 锚定连接(anchoring junction)，黏着连接、斑块连接
➢ 通讯连接(communicating junction)。
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小肠上皮细胞之间的粘合带(adhesion belt)
➢ 形态特征：
➢ 相邻细胞的间隙约15～ 20nm
南开大学细胞生物学课件15第15章 细胞连接 6-22 puyue
选择素的三个结构域，通过凝集素结构 强地结合在一起，并从
域而识别细胞外表的糖蛋白及糖脂分子 相邻的内皮细胞进入组
上的糖配体。
织。
（三）免疫球蛋白超家族
某些成员属于CAM。作用不依赖Ca2+ 。 有的介导同亲性粘合，如各种神经粘附分子； 有的介导异亲性粘合，如细胞间粘附分子及 脉管细胞黏附分子，它们的配体分子为整合 素。
‘’
皮肤、肌肉、结缔组织，
常与I型胶原共分布
Ⅳ [a1(IV)]2[a2(IV)] 390nm 网状 C端球型 不形成纤维束 基膜
V [a1(V)]2[a2(V)] 390nm 细纤维 N端球状 大多间隙组织与I型胶原
[a3(V)]3
共分布
VI [a1(VI)][a2(VI)][a3(VI)]150nm 微纤维 N,C端球状， 大多间隙组织与I型
胶原的组装
细胞内发生的事件
通过分子内 交联
分泌到细胞外发生的事件 分子间交联
三链 装配
前胶原 肽酶
装配
装配
前体肽链 三股螺旋前胶原 胶原
胶原原纤维
胶原纤维
分子内交联
分子间交联
由前体肽转配成前胶原时，是通过分子内的交联完成的。而由 胶原装配成胶原原纤维那么是通过分子间交联。分子内交联是 指前胶原的三条链之间的赖氨酸残基的交联，分子间的交联是 指不同前胶原间的赖氨酸交联。分子间的交联使得在胶原的尾 部有一个小的间隙别离。平行排列的分子通过前胶原分子N端 与相邻原胶原分子C端的赖氨酸或羟赖氨酸间形成共价键加以 稳定。
M-钙粘素 R-粘素 Ksp-钙粘素 OB-钙粘素 VB-钙粘素 桥粒芯蛋白 桥粒芯胶黏蛋 白
哺乳动物细胞外表的主要钙粘素分子
主要分布组织 着床前的胚胎、上皮细胞（在带状粘合处特别集中） 胎盘滋养层细胞、心、肺、小肠 胚胎中胚层、神经外胚层、神经系统（脑、神经节）、 心、肺 成肌细胞、骨骼肌细胞 视网膜神经细胞、神经胶质细胞 肾 成骨细胞 脉管内皮细胞 桥粒 桥粒
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细胞粘附分子在细胞生物学中的作用研究
细胞生物学是生命科学研究的一个重要领域，其中一个重要的分子家族是细胞
粘附分子（Cell adhesion molecule，简称CAMs）。
细胞粘附分子是表达在细胞表
面的蛋白质，它们能够通过与相邻细胞或细胞外基质（extracellular matrix，ECM）分子结合来使细胞相互粘附。
在细胞生物学中，细胞粘附分子发挥了重要的作用，本文将对细胞粘附分子在细胞生物学中的作用进行探讨。
1. 细胞粘附分子的分类
目前已经鉴定出的细胞粘附分子有数百种，它们可以分为不同的家族。
常见的
细胞粘附分子家族包括：
（1）免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily，IgSF）：包括IgSF1-11家族，其特点是分子内含有Ig-like结构域。
（2）整合素家族（integrin family）：是一类由α和β亚基组成的膜受体分子，与细胞外基质结合起重要作用。
（3）选择素家族（selectin family）：是一类含有肝素结合域的细胞表面分子，与白细胞的聚集和栓塞形成密切相关。
（4）黏附素家族（cadherin family）：是一类钙依赖性细胞间黏附分子，通过
钙离子桥连接细胞粘附。
2. 细胞粘附分子的功能
（1）细胞间黏附：细胞黏附是细胞生物学中的一个重要现象，各种细胞如何
在体内形成组织并相互配合，细胞的直接接触是一个重要环节。
由于细胞表面的细胞粘附分子具有高度的选择性，它们能够使相同类型的细胞之间黏附在一起。
例如，在心肌细胞的构成中就有密实的贴合连接，细胞内部的收缩能够更加有效地传递。
（2）细胞外基质黏附：细胞外基质是一个由众多分子构成的复杂三维网络结构，其中包括胶原、弹性蛋白质、纤维连接蛋白等成分。
细胞表面的细胞粘附分子能够与细胞外基质相互作用，从而使细胞与细胞外基质形成黏附。
尤其是整合素家族细胞粘附分子，它们能够与细胞外基质的特定成分相互作用，进而调节细胞的迁移、增殖、分化等生物学过程。
（3）转导信号：细胞表面的细胞粘附分子能够与细胞内的信号转导通路相互作用，从而帮助细胞传递外部信号，调节细胞的功能。
例如，当整合素家族的细胞粘附分子与细胞外基质分子结合时，会导致胞内酪氨酸激酶等信号通路的激活，以及与细胞形态和代谢相关的基因表达的改变。
3. 细胞粘附分子在疾病中的作用
细胞粘附分子在细胞生物学中的作用是多方面的，它们还与多种疾病的发生和发展密切相关。
细胞黏附分子在癌症转移过程中发挥了重要的作用，因为恶性肿瘤具有潜在的能力从原发病灶扩散到其他部位。
细胞表面的选择素分子能够引导肿瘤细胞对血管内皮细胞的黏附，这是转移的关键步骤之一。
在多种炎症性疾病中，细胞粘附分子也发挥了重要的作用。
例如，在风湿性关节炎中，局部细胞表面的黏附分子—E选择素的表达增加，从而大量的白细胞粘附于关节滑液膜的内面。
这种黏附作用进一步加剧了关节炎的发展。
细胞表面的细胞粘附分子与血液凝固相关的分子也有一定的关联，例如纤维连接蛋白等。
检测外科手术患者的凝血时间可以发现：在有手术创面存在的情况下，细胞粘附分子的数量和活性都会增加，这是机体对于创伤的一种生理性反应。
4. 总结
细胞粘附分子是细胞生物学中的一个重要分子家族，它们能够通过与相邻细胞和基质分子结合来调节细胞间的黏附、信号转导和代谢等多种生物学过程。
细胞表面的细胞粘附分子还与多种疾病的发生和发展密切相关。
在未来的研究中，我们需
要继续深入探讨细胞粘附分子与细胞生物学以及疾病发生发展之间的关系，以期为生命科学研究提供更深入的理论和实践基础。