1、缝隙连接蛋白研究进展脑与神经疾病杂志 2009 年第 l7 卷第 4 期matrixmetalloproteinasesandtheirinhibitorsafterspontaneousintracerebralhemorrhage:relationshiptoclinicalandradiologicaloutcome.Stroke,2004,35:13161322.13WellsJE,BiernasieJ,Szymanska,eta1.Matrixmetalloproteinase(MMP)一 12expressionhasanegativeimpactonsensorimotorfun
2、ctionfollowingintracerebralhaemorrhageinmice.EurJNeurosci,2005,21:187196.14MasadaT,HuaY,XiG,eta1.Attenuationofintracerebralhemorrhageandthrombin-inducedbrainedemabyoverexpressionofinterleukin-1receptorantagonist.JNeurosug,2001,95:680-686.31915XneM,DelBigioMR.Acutetissuedamageafterinjectionsofthrombi
3、nandplasminintoratstriatum.Stroke,2001,32:21642169.16HuaY,XiG,KeepRF,eta1.Complementactivationinthebrainafterexperimentalintraeerebralhemorrhage.JNeurosurg,2000,92:10161022.17ZhangX,LiH,HuS,eta1.Brainedemaafterintracerebralhemorrhageinrats:theroleofinflammation.NeurolIndia.2006.54:352-353.(20080708
4、收稿)缝隙连接蛋白研究进展韩冬薛晶冯加纯中图分类号:R363 文献标识码:A 文章编号:1006351X(2009)04031903缝隙连接蛋白(connexin,Cx)是构成细胞间缝隙连接(gapjunction,GJ)通道的基本结构和功能的一大类膜蛋白.一个连接蛋白分子包括四个跨膜区域,两个细胞外环和一个细胞内环,其羧基端与氨基端位于细胞内.而在胞浆内的羧基末端区域具有明显的差异,它可以因为胞内信号变化而改变蛋白构象,从而对缝隙连接功能状态有影响.由 6 个穿膜的缝隙连接蛋白组成中空的亲水性六聚体结构叫做连接小体(connexon)或缝隙连接半通道(gapjunctionhemichann
5、e1).在正常情况下,细胞膜上的半通道是保持关闭的,只有在特殊情况下,半通道才被激活,导致一些分子通过该通道进出细胞.相邻的细胞膜对应面上的一对连接小体组成了 GJ 通道,它允许分子量低于 1KD 和直径小于 1.5nm 的小分子物质如离子,代谢分子 ,第二信使(如 Ca,ATP)等通过.参与细胞间物质交换的代谢藕联和电信号传递的电藕联,进行细胞间信息传递(gapjunctionintercellulareommunication,GJIC),从而在神经细胞的生长 ,分化,生理功能的调节中发挥作用.它由许多成员组成,至今在哺乳动物中已发现约有 20 种,其中 Cx43 在神经系统分布尤为广泛.
6、本文就连接蛋白及其组成的功能单位 GJ 及半通道的最新研究进展进行综述.一,缝隙连接蛋白与神经细胞凋亡1.GJ 是细胞凋亡调控信号的传递通道凋亡细胞可以通过 GJ 通道将凋亡信号传递给相邻的细胞.这种通过 GJ 杀死临近细胞的作用叫做“旁观者死亡作者单位:130021 长春,吉林大学第一医院神经内科 (现在沈阳,中国医科大学附属盛京医院神经内科)通信作者:冯加纯,Email:handonghawkyahoo.tom.en?综述?(bystanderdeath)“.有实验报道在细胞凋亡早期 GJ 数目明显增加,垂死的细胞可以通过 GJ 与健康细胞偶联进行交流.而这些存在交流的细胞可以出现成簇凋亡
7、 J,表明细胞凋亡信号调节物质可能是通过 GJ 进行传递的.此外,GJ 能增加脑外伤和谷氨酸毒性所造成的神经元易损性.许多的分子和离子比如 Ca,三磷酸肌醇(inositol1,4,5 一triphosphate,IP3),ATP,cAMP 等能够通过 GJ 在细胞间传递,起到调节细胞存活或死亡的作用.而此时细胞的存亡就取决于细胞类型,细胞状态以及接受信号时细胞所处的环境等.Rawanduzy 等证实应用 GJ 阻断剂可以减少脑缺血后的脑梗死体积以及阻断皮层扩散性抑制(corticalspreadingdepression,CSD)的传递.Kalvelyte 等给与子宫腺癌细胞转染 Cx43
8、基因会加速细胞凋亡的时程,这种作用可以被 GJ 阻断剂辛醇所阻断,表明 G.1 可以促进凋亡.而 Nakase 等将 Cx43 基因敲除的小鼠与 Cx43 表达正常的小鼠在局灶性脑缺血后比较,发现缺乏 Cx43 的小鼠凋亡细胞增多,对缺血的敏感性增加,表明GJ 对凋亡有抑制作用.2.半通道对细胞存亡的作用最近研究表明连接蛋白半通道具有影响细胞存亡的作用.这种作用有三个机制:第一,半通道释放代谢物质如 ATP,谷氨酸到细胞外问隙,对其邻近细胞产生毒性效应.ATP 或谷氨酸可以诱导细胞凋亡.第二,半通道可以调节细胞容积.半通道可以介导细胞肿胀,其机制尚不清楚.第三,Cx43 半通道可以形成部分信号
9、传导级联,影响细胞的存亡.半通道以旁分泌的方式释放调控分子来传导死亡信息.半通道可以释放谷氨酸,ATP,NAD 等,在细胞死亡的传播过程中起到重要作用.这些细胞内分子如谷氨酸以一种无法控制的方式释放时,一些敏感神经元兴奋性中毒而导致凋亡.320最近证实,Cx43 半通道对二磷酸盐抗细胞凋亡起到一定的促进作用.二磷酸盐是一种比较稳定的焦磷酸酶类似物,它可以阻止糖皮质激素引起的骨细胞和成骨细胞的凋亡.它的作用需要激活细胞外信号调节酶(extracellularsignalregulatedkinases,ERKs).二磷酸盐的这种抗凋亡作用依赖于有功能的半通道 ,而不是缝隙连接胞问通讯.Plotk
10、in 等研究表明,二磷酸盐使非偶联的 Cx43 半通道暂时开放,导致构象改变,激活 Scr 和ERK 磷酸化,从而使细胞存活.Cx43 与蛋白激酶(proteinkinases,PK)相关的信号传导途径有一定的关系,Cx43 参与了PKCe 复合物信号的形成 t33,PKCe 在短暂缺血发作及再灌注,缺血预适应中对内源性保护状态的产生起到一定的作用.3.连接蛋白影响细胞存亡连接蛋白本身不依赖于缝隙连接通道和半通道而影响细胞的存亡.Lin 等研究表明过量表达的 Cx43 可以保护胶质细胞免受损伤,而使用 GJ 阻断剂并没有使这种作用消失.Huang 等证实 ,肿瘤抑制基因能够促进细胞凋亡,而 C
11、x43 通过下调凋亡抑制蛋白 Bcl 一 2 来促进肿瘤细胞凋亡.而转染Cx43 的部位主要在细胞核,它可以通过调控基因的启动子区域的顺式作用元件来直接调控基因的表达.在体外培养新生大鼠心肌细胞中,过度表达的 Cx43 可以减少 DNA 的合成,而这种作用和缝隙连接通道及半通道无关 J.二,缝隙连接蛋白与缺血预处理缺血预处理(ischemiapreconditioning,IPC)是 1896 年Murryt 等在心肌缺血研究中首先发现并提出,是指通过亚致死性的短暂的缺血过程,诱导组织产生内源性保护机制,使之住一定程度上免受或减轻再次发生缺血损伤.随后 Kitagawa等首次发现脑缺血预处理诱
12、发缺血耐受现象.脑缺血预处理诱导脑缺血耐受的确切机制还不完全清楚.近年来发现 Cx43 与缺血预处理的保护作用相关.IJi等在离体的心脏实验中,在缺血预处理前给与缝隙连接阻断剂辛醇可以抑制 IPC 保护作用 .而 Schwanke 等发现Cx43 基因敲除小鼠(Cx43)无法诱导出 IPC 效应.Lin 等_2实验证实缺血预处理导致半通道大量迅速开放,细胞内能量代谢产物 ATP 流出,ATP 迅速降解为阿糖胞苷.缺血预处理后,表达 Cx43 的细胞培养液中发现大量的阿糖胞苷,而缺乏 Cx43的细胞则无此现象.阿糖胞苷具有神经保护作用,通过阿糖胞苷 A 受体介导途径来减轻缺血损伤.而且阿糖胞苷具
13、有血管扩张功能,所以在缺血半影区阿糖胞苷介导的舒张血管作用也可能成为保护作用的一种机制.在细胞应激状态下,连接蛋白降解减慢在短时间内可增加 Cx43 的表达数量,从而增加 Cx43 半通道数量.所以,在缺血预处理条件下,适应性调整的 Cx43 通过阿糖胞苷介导细胞保护作用.三,缝隙连接与谷氨酸转运体谷氨酸转运体是位于神经元和星形胶质细胞膜上的一种糖蛋白.位于大鼠脑内星形细胞上的谷氨酸转运体现在已克隆,命名为 GLAST 和 GLT 一 1,它能够逆浓度梯度从胞外摄取谷脑与神经疾病杂志 2009 年第 17 卷第 4 期氨酸并转运至细胞内,转化成神经元可以重新利用的前体物质谷氨酰胺,使胞外谷氨酸
14、维持在中毒水平以下,维持突触间谷氨酸的正常传递,保护神经元不受谷氨酸的毒性影响.在皮质细胞培养时,星形细胞分布极少的部位,神经元对谷氨酸的敏感性是星形细胞分布较多的部位神经元的 100 倍,这表明通过星形细胞的摄取能限制谷氨酸的神经毒性.脑缺血,低血糖和脑外伤时,谷氨酸和谷氨酰胺间的正常平衡以及谷氨酸-谷氨酰胺循环被破坏,神经细胞外间隙谷氨酸大量增加,而谷氨酸毒性是神经元死亡的主要机制,星形细胞上的谷氨酸转运体能够清除细胞外谷氨酸,减轻缺血性脑损伤.有实验报道抑制缝隙连接偶联可以显着地减少 GLT-1的表达,从而减少了星形胶质细胞对谷氨酸的摄取.荧光素酶基因测定显示阻断缝隙连接或连接蛋白可以抑
15、制 GLT.1 启动子的转录活动.缝隙连接或连接蛋白影响 GLT 一 1 蛋白表达的上游,其可能机制是(1)缝隙连接胞间通讯作用,一些有功能的小分子(小于 1000Da)在偶联的细胞间传递 ;(2)连接蛋白通过一种直接的,非胞间通讯依赖方式来控制 GLT.1 基因的转录,类似于连接蛋白作用于其他的细胞活动,比如细胞增殖和分化等.四,展望综上所述,缝隙连接蛋白从三个水平发挥作用:(1)组成缝隙连接通道,与邻近细胞进行物质和信号交换.(2)组成半通道释放胞内代谢物质和信号.(3)蛋白本身的作用.在以往的研究中主要关注缝隙连接通道,而忽略了对其功能,结构基本单位一缝隙连接蛋白以及半通道的研究.在今后
16、的研究中,缝隙连接蛋白可以作为新的设计靶点,干预连接蛋白及其功能单位,继而发挥其有利的作用,抑制其有害的功能.随着实验手段和科学技术的发展,缝隙连接蛋白的更多功能以及影响其发挥利弊作用的条件将被逐渐发现,而缝隙连接蛋白也将成为研究的热点.参考文献1GoodenoughDA,GoligerJA,PaulDL.Connexins,Bexons,andintercellularCommunication.AnnuRevBiochem,1996,65:475502.2WilsonMR,CloseTW,TroskoJE.Cellpopulationdynamics(apoptosis,mitosis,a
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