血管相关疾病中缝隙连接的研究进展
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摘要：缝隙连接（Gap junction，GJ）是相邻细胞间的特殊膜结构，由连接蛋白（Connexin，Cx）排列成中空的半通道而形成。GJ可介导细胞间直接的信号交流，参与细胞间电及化学偶联。GJ广泛存在于血管中，其结构、功能的变化对血管结构及功能具有重要作用，在血管相关疾病，如高血压、动脉粥样硬化等疾病中，对于GJ有较多研究。本文就GJ的生物学功能及调节；其在高血压、动脉粥样硬化中的作用进行一综述。
关键词：缝隙连接；连接蛋白；高血压；动脉粥样硬化
Research Progress of Gap Junction in Vascular Diseases
ZHAO Shan-yu1，WANG Bin2
（1.Department of Pathology，School of Basic Medical Sciences，Dali University，Dali 671000，Yunnan，China；
2.Department of Pharmacy，Affiliated Hospital of Dali University，Dali 671000，Yunnan，China）
Abstract：Gap junction（Gap junction，GJ）is a special membrane structure between adjacent cells，which is formed by connecting the protein（Connexin，Cx） into a hollow half channel.GJ can mediate direct cell-to-cell signaling and participate in intercellular and chemical coupling.GJ is widely found in blood vessels，its structure and function of the vascular structure and function plays an important role in vascular-related diseases，such as hypertension，atherosclerosis and other diseases，for GJ have more research.This article on the biological function of GJ and regulation；its role in hypertension，atherosclerosis in a review.
Key words：Gap junction；Connexin；Hypertension；Atherosclerosis
p隙连接（Gap junction，GJ）是细胞间直接进行信息交流的通讯形式之一，又被称为通讯连接或间隙连接，是一种特殊的膜结构，由相邻两个细胞间的连接通道排列而成。所有哺乳动物组织中几乎都有GJ通道的存在，其能促进相邻细胞间电、化学信号的交流，参与诸多生理过程的调控，如：细胞的增殖及分化、新陈代谢、机体内环境的稳定等。GJ还参与血管张力维持的调节，因而在对血管相关疾病的研究中，使其受到广泛的关注。本文就GJ的结构、功能和调节；其与高血压、动脉粥样硬化等的关系做一综述。
1 GJ的结构、功能和调节
1.1 GJ的结构 GJ是由细胞膜上的连接子相互衔接而成的一种特殊膜结构。连接子是由六个缝隙连接蛋白（Connexin，Cx）在细胞膜内环绕排列而成的中空半通道，即跨膜蛋白通道。两个连接子通过半胱氨酸而形成二硫化物的桥梁结构，从而可使环保持其稳定性[1]。Cx类型不同，所形成的连接子不同，由连接子构成的连接通道亦不同。不同Cx分子间组合形成的GJ通道，其导电性和通透性有所不同， 从而致GJ在结构组成及功能上具有多样性[2]。在超微结构水平，GJ由其高电子密度五板层膜结构而被观察到，直径大约9～10 nm[3]。
1.2 GJ的基本功能 GJ除了能在细胞间起机械连接作用外，还能以电偶联、化学偶联两种方式介导细胞间电、化学信号的传递，能够允许电信号、分子质量低于1000D的离子或小分子物质或直径小于1.0 nm的物质通过。GJ是唯一一种允许邻近细胞直接进行胞浆间物质交流的膜通道。GJ可通过选择不同的第二信使类物质通过，从而影响其自身不同的生物学功能[4]。GJ亦可通过改变Cx的表达，以适应机体受到外部或内部刺激的变化[5]。
1.3 GJ的调节 许多外源性及内源性物质，均可在转录、翻译、翻译后修饰水平上对GJ进行调节。GJ受不同类型的翻译后修饰调控，如磷酸化、糖基化、蛋白酶水解、乙酰化、亚硝基化、泛素化、脂化、羟基化、甲基化、脱酰胺基作用等[6-7]，这些作用可在正常或病理情况下影响GJ的信号交流。如生长因子、细胞外基质、局部缺血、损伤及炎症等均能影响磷酸化及去磷酸化作用，从而影响GJ的功能[8]。Cxs具有多个磷酸化位点，多种蛋白激酶能致Cx磷酸化，从而调节GJ的功能。以Cx43为例，Cx43含有21个磷酸化位点[9]，不同位点可被不同的蛋白激酶磷酸化，从而影响GJ的功能[9-10]。
此外，一氧化碳可直接或间接调节质膜上离子通道的功能，对于Cx半通道的氧化还原调节具有重要作用[11]；Kjenseth A[12]等发现，Cx43可被SUMO（small ubiquitin-like modifier）化进行转录后修饰，是SUMO化的靶蛋白，SUMO系统可调节Cx43蛋白水平及由Cx43组成的GJ的功能水平，首次证明GJ可被SUMO系统所调控。
2 GJ在血管相关疾病中的研究
2.1 GJ在血管中的作用 在哺乳动物中目前已发现有21种Cx蛋白，在血管组织中主要表达的连接蛋白有Cx37、Cx40、Cx43及Cx45。其中血管内皮细胞（Endothelial cells，EC）同时表达Cx37、Cx40、Cx43；血管平滑肌细胞（Vascular smooth muscle cell，VSMC）协同表达Cx43、Cx40、Cx45和Cx37[2]。血管内皮细胞的完整性是血管维持正常生理功能的前提，而Cx43在维持EC的完整性及连续性上发挥着重要作用，同时Cx43对机械变化感应较为敏感，是一早期感应器。VSMC通过其对增加的跨膜压做出收缩性或者弹性的改变，在大动脉及血流稳态被扰乱的区域都有较高的Cx43表达[13]。血管中各细胞间广泛存在着由GJ介导的化学及电信号的交流，确保了血管电及机械活动的同步性，使得血管成为一个统一的功能单位，并对兴奋或非兴奋性信号做出统一反应，进而确保血管功能的稳定性和一致性。其中EC-SMC间的GJ也叫肌内皮缝隙连接（Myoendothelial gap junction，MEGJ），MEGJ可穿过内弹力层，使EC和VSMC进行直接的电信号和化学信号的交流，VSMC通过MEGJ实现其调节血管张力的功能，因而在内皮源性VSMC的超极化中MEGJ起着极其重要的作用。
2.2 GJ与血管相关性疾病
2.2.1 GJ与高血压 很多动物模型用于研究系统性高压中Cx的变化。结扎一侧肾动脉引起的大鼠高血压（2-kidney 1-clip，2K1C）模型、醋酸去氧皮质酮和盐致高血压（DOCA-salt）模型，均为肾素依赖性高血压模型，在这两种动物模型中发现血管的扩张性和顺应性均增强；Cx40和Cx43在血管中表达增强，并且具有时间依赖性[14-15]。2K1C模型中，Cx43仅在未结扎的肾中增加，这说明Cx43的表达增加更多的是由于血管内压增加而引起。在DOCA-salt和2K1C大鼠主动脉VSMCs中Cx43的表达增加，而Cx40不变[16]；但在小鼠模型中Cx43和Cx37表达上调[15]。因此可认为，Cx43对血液动力学的改变比肾素的改变更为敏感。在非肾素依赖性高血压模型，如一氧化氮合成酶抑制剂致大鼠高血压（L-NAME）中，发现血管的扩张性和顺应性均下降，连接蛋白的表达和磷酸化水平与前两种肾素依赖高血压模型比较均有所减少[17]。
原发性高血压大鼠（SHR）模型中，对Cx的研究表明，在高血压前期 （SHR 3 w），与相同时期的对照Wistar Kyoto（WKY）相比，尾动脉内皮Cx40的表达明显降低；12 w时，Cx37、Cx40及Cx43在SHR内皮的表达比3 w时明显降低，而在WKY动脉中其表达未受鼠龄影响[18]。高血压前期SHR及WKY主动脉中并未检测到这三种Cx的差异，然而，在高血压大鼠主动脉EC中，Cx37和Cx40的表达减少；Cx37和Cx43在中层的表达增加[19]。SHR组肠系膜动脉EC中Cx37和Cx40的表达比WKY组明显降低，而Cx43的表达明显增高[20]。Cx40和Cx43在SHR和WKY的肾抵抗性动脉中表达相似，但Cx37在SHR肾抵抗性动脉中比WKY低约2.4倍[21]。此外，对于高血压对Cxs表达影响的研究还在Cx40基因敲出（Cx40-/-）小鼠中进行[14-15]，Cx40-/-小鼠出现高血压，并且以主动脉VSMCs中Cx37、Cx43和Cx45表达增加为主要特征，但EC中Cx37的表达减少，这说明Cx40和Cx37在向质膜转运时具有共同的通路。最新研究表明，在SHR中，高血压引起Cx45表达增加，对于VSMC间的信号交流及VSMC与EC间的偶联有一定影响，这种影响可致肾动脉的血管收缩反应增加，促进高血压的发展[22]；此团队的研究还表明，SHR的肠系膜中Cx45的表达增强、Cx43磷酸化增强，从而增加了VSMCs间的信号交流，可增强血管应对刺激时的收缩反应[23]。
高血压对Cx影响的分子机制，尚未成熟。目前研究表明，Cx40及Cx37对于内皮一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的调节具有重要作用，可能通过对eNOS的影响，而影响NO的释放，达到影响血压的目的[24]。Cx40缺失所致的高血压可能是由于肾素分泌胞功能紊乱[25]。Morton SK[26]等用Cx40突变小鼠证明通过Cx40的内皮偶联对于血压调节具有重要作用。Lei Yang[27]等研究表明，骨形成蛋白-Cx40信号轴可能成为治疗肺动脉高压的潜在靶点。本人硕士期间的研究表明，大鼠孕期给予炎症刺激剂刺激，子代大鼠从新生儿期即出现主动脉Cx的表达异常，随着鼠龄的增加，Cx表现出不同的变化格局，到了12周，Cx37的表达降低，这可能作用于主动脉功能的紊乱，Cx37表达的异常可能与NF-κB的过度激活有关[28]，Cx的异常表达，致使GJ的功能改变，这可能是孕期炎症刺激致子代高血压的一个原因之一。对于高血压与Cx之间的分子机制，还需进一步深入研究。
由此可见，Cx表达和功能的异常可引起高血压，Cx在高血压中的表达具有不同的格局，这可能成为高血压治疗的一个特异性靶点。
2.2.2 GJ与动脉粥样硬化（Atherosclerosis，As） GJ可与循环中的白细胞作用，诱导其趋化，并促使白细胞分泌相关的化学物质和细胞因子，进而介导As的发生。在小鼠和人动脉粥样硬化斑块中检测到的Cx有Cx37、Cx40和Cx43[29]。低密度脂蛋白受体敲出小鼠（Low-density lipoprotein receptor，LDLR-/-）、载脂蛋白E敲出小鼠（Apolipoprotein E，ApoE-/-）[30]模型常用来进行对AS的研究。在LDLR-/-中，给予高脂饮食喂养以制造As模型，在喂养第0、6、10 w及14 w检测不同阶段动脉中Cx37、Cx40和Cx43的表达，发现在没有病变的动脉内皮层可检测到Cx37和Cx40的表达，中层可检测到Cx43的表达；在粥样斑块早期，血管内皮及中层的连接蛋白表达无变化，但在斑块的新生内膜平滑肌中检测到Cx43的表达，斑块内巨噬细胞里检测到有Cx37的表达；在进展斑块中，在脂纹期的巨噬细胞及中层的VSMC中可检测到Cx37的表达，而在覆盖斑块的内皮层则无Cx37及Cx40的表达，Cx43在覆盖斑块肩部的新生内膜VSMC和EC中均有表达。在对人颈动脉的研究结果与上述相似，这表明Cx的表达变化与粥样斑块形成密切相关，提示GJ在AS形成中起着重要作用[2]。Cx43可参与AS的形成[31]；由Cx43构成的半通道可通过刺激ATP的释放，并使其转变为腺苷从而起抑制粘附的作用，Cx43本身则促进单核细胞的粘附[32]，Cx43的表达下调，可减少低密度脂蛋白受体缺陷小鼠中，粥样斑块处巨噬细胞及T细胞的数量，继而抑制斑块形成[33]。Cx37和Cx40可通过调节eNOS的功能和表达，从而具有抗As作用[34]。总的来说，在As中，采用转基因小鼠、细胞转染、特异性封闭肽等试验研究了每一种Cx的作用，发现Cx可参与血管重构及粥样斑块形成[35]。
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