趙釤妤+王斌

摘要：縫隙連接（Gap junction，GJ）是相鄰細胞間的特殊膜結構，由連接蛋白（Connexin，Cx）排列成中空的半通道而形成。GJ可介導細胞間直接的信號交流，參與細胞間電及化學偶聯(lián)。GJ廣泛存在于血管中，其結構、功能的變化對血管結構及功能具有重要作用，在血管相關疾病，如高血壓、動脈粥樣硬化等疾病中，對于GJ有較多研究。本文就GJ的生物學功能及調節(jié)；其在高血壓、動脈粥樣硬化中的作用進行一綜述。

關鍵詞：縫隙連接；連接蛋白；高血壓；動脈粥樣硬化

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

縫隙連接（Gap junction，GJ）是細胞間直接進行信息交流的通訊形式之一，又被稱為通訊連接或間隙連接，是一種特殊的膜結構，由相鄰兩個細胞間的連接通道排列而成。所有哺乳動物組織中幾乎都有GJ通道的存在，其能促進相鄰細胞間電、化學信號的交流，參與諸多生理過程的調控，如：細胞的增殖及分化、新陳代謝、機體內環(huán)境的穩(wěn)定等。GJ還參與血管張力維持的調節(jié)，因而在對血管相關疾病的研究中，使其受到廣泛的關注。本文就GJ的結構、功能和調節(jié)；其與高血壓、動脈粥樣硬化等的關系做一綜述。

1 GJ的結構、功能和調節(jié)

1.1 GJ的結構 GJ是由細胞膜上的連接子相互銜接而成的一種特殊膜結構。連接子是由六個縫隙連接蛋白（Connexin，Cx）在細胞膜內環(huán)繞排列而成的中空半通道，即跨膜蛋白通道。兩個連接子通過半胱氨酸而形成二硫化物的橋梁結構，從而可使環(huán)保持其穩(wěn)定性[1]。Cx類型不同，所形成的連接子不同，由連接子構成的連接通道亦不同。不同Cx分子間組合形成的GJ通道，其導電性和通透性有所不同， 從而致GJ在結構組成及功能上具有多樣性[2]。在超微結構水平，GJ由其高電子密度五板層膜結構而被觀察到，直徑大約9～10 nm[3]。

1.2 GJ的基本功能 GJ除了能在細胞間起機械連接作用外，還能以電偶聯(lián)、化學偶聯(lián)兩種方式介導細胞間電、化學信號的傳遞，能夠允許電信號、分子質量低于1000D的離子或小分子物質或直徑小于1.0 nm的物質通過。GJ是唯一一種允許鄰近細胞直接進行胞漿間物質交流的膜通道。GJ可通過選擇不同的第二信使類物質通過，從而影響其自身不同的生物學功能[4]。GJ亦可通過改變Cx的表達，以適應機體受到外部或內部刺激的變化[5]。

1.3 GJ的調節(jié) 許多外源性及內源性物質，均可在轉錄、翻譯、翻譯后修飾水平上對GJ進行調節(jié)。GJ受不同類型的翻譯后修飾調控，如磷酸化、糖基化、蛋白酶水解、乙?；?、亞硝基化、泛素化、脂化、羥基化、甲基化、脫酰胺基作用等[6-7]，這些作用可在正?；虿±砬闆r下影響GJ的信號交流。如生長因子、細胞外基質、局部缺血、損傷及炎癥等均能影響磷酸化及去磷酸化作用，從而影響GJ的功能[8]。Cxs具有多個磷酸化位點，多種蛋白激酶能致Cx磷酸化，從而調節(jié)GJ的功能。以Cx43為例，Cx43含有21個磷酸化位點[9]，不同位點可被不同的蛋白激酶磷酸化，從而影響GJ的功能[9-10]。

此外，一氧化碳可直接或間接調節(jié)質膜上離子通道的功能，對于Cx半通道的氧化還原調節(jié)具有重要作用[11]；Kjenseth A[12]等發(fā)現(xiàn)，Cx43可被SUMO（small ubiquitin-like modifier）化進行轉錄后修飾，是SUMO化的靶蛋白，SUMO系統(tǒng)可調節(jié)Cx43蛋白水平及由Cx43組成的GJ的功能水平，首次證明GJ可被SUMO系統(tǒng)所調控。

2 GJ在血管相關疾病中的研究

2.1 GJ在血管中的作用 在哺乳動物中目前已發(fā)現(xiàn)有21種Cx蛋白，在血管組織中主要表達的連接蛋白有Cx37、Cx40、Cx43及Cx45。其中血管內皮細胞（Endothelial cells，EC）同時表達Cx37、Cx40、Cx43；血管平滑肌細胞（Vascular smooth muscle cell，VSMC）協(xié)同表達Cx43、Cx40、Cx45和Cx37[2]。血管內皮細胞的完整性是血管維持正常生理功能的前提，而Cx43在維持EC的完整性及連續(xù)性上發(fā)揮著重要作用，同時Cx43對機械變化感應較為敏感，是一早期感應器。VSMC通過其對增加的跨膜壓做出收縮性或者彈性的改變，在大動脈及血流穩(wěn)態(tài)被擾亂的區(qū)域都有較高的Cx43表達[13]。血管中各細胞間廣泛存在著由GJ介導的化學及電信號的交流，確保了血管電及機械活動的同步性，使得血管成為一個統(tǒng)一的功能單位，并對興奮或非興奮性信號做出統(tǒng)一反應，進而確保血管功能的穩(wěn)定性和一致性。其中EC-SMC間的GJ也叫肌內皮縫隙連接（Myoendothelial gap junction，MEGJ），MEGJ可穿過內彈力層，使EC和VSMC進行直接的電信號和化學信號的交流，VSMC通過MEGJ實現(xiàn)其調節(jié)血管張力的功能，因而在內皮源性VSMC的超極化中MEGJ起著極其重要的作用。

2.2 GJ與血管相關性疾病

2.2.1 GJ與高血壓 很多動物模型用于研究系統(tǒng)性高壓中Cx的變化。結扎一側腎動脈引起的大鼠高血壓（2-kidney 1-clip，2K1C）模型、醋酸去氧皮質酮和鹽致高血壓（DOCA-salt）模型，均為腎素依賴性高血壓模型，在這兩種動物模型中發(fā)現(xiàn)血管的擴張性和順應性均增強；Cx40和Cx43在血管中表達增強，并且具有時間依賴性[14-15]。2K1C模型中，Cx43僅在未結扎的腎中增加，這說明Cx43的表達增加更多的是由于血管內壓增加而引起。在DOCA-salt和2K1C大鼠主動脈VSMCs中Cx43的表達增加，而Cx40不變[16]；但在小鼠模型中Cx43和Cx37表達上調[15]。因此可認為，Cx43對血液動力學的改變比腎素的改變更為敏感。在非腎素依賴性高血壓模型，如一氧化氮合成酶抑制劑致大鼠高血壓（L-NAME）中，發(fā)現(xiàn)血管的擴張性和順應性均下降，連接蛋白的表達和磷酸化水平與前兩種腎素依賴高血壓模型比較均有所減少[17]。

原發(fā)性高血壓大鼠（SHR）模型中，對Cx的研究表明，在高血壓前期 （SHR 3 w），與相同時期的對照Wistar Kyoto（WKY）相比，尾動脈內皮Cx40的表達明顯降低；12 w時，Cx37、Cx40及Cx43在SHR內皮的表達比3 w時明顯降低，而在WKY動脈中其表達未受鼠齡影響[18]。高血壓前期SHR及WKY主動脈中并未檢測到這三種Cx的差異，然而，在高血壓大鼠主動脈EC中，Cx37和Cx40的表達減少；Cx37和Cx43在中層的表達增加[19]。SHR組腸系膜動脈EC中Cx37和Cx40的表達比WKY組明顯降低，而Cx43的表達明顯增高[20]。Cx40和Cx43在SHR和WKY的腎抵抗性動脈中表達相似，但Cx37在SHR腎抵抗性動脈中比WKY低約2.4倍[21]。此外，對于高血壓對Cxs表達影響的研究還在Cx40基因敲出（Cx40-/-）小鼠中進行[14-15]，Cx40-/-小鼠出現(xiàn)高血壓，并且以主動脈VSMCs中Cx37、Cx43和Cx45表達增加為主要特征，但EC中Cx37的表達減少，這說明Cx40和Cx37在向質膜轉運時具有共同的通路。最新研究表明，在SHR中，高血壓引起Cx45表達增加，對于VSMC間的信號交流及VSMC與EC間的偶聯(lián)有一定影響，這種影響可致腎動脈的血管收縮反應增加，促進高血壓的發(fā)展[22]；此團隊的研究還表明，SHR的腸系膜中Cx45的表達增強、Cx43磷酸化增強，從而增加了VSMCs間的信號交流，可增強血管應對刺激時的收縮反應[23]。

高血壓對Cx影響的分子機制，尚未成熟。目前研究表明，Cx40及Cx37對于內皮一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的調節(jié)具有重要作用，可能通過對eNOS的影響，而影響NO的釋放，達到影響血壓的目的[24]。Cx40缺失所致的高血壓可能是由于腎素分泌細胞功能紊亂[25]。Morton SK[26]等用Cx40突變小鼠證明通過Cx40的內皮偶聯(lián)對于血壓調節(jié)具有重要作用。Lei Yang[27]等研究表明，骨形成蛋白-Cx40信號軸可能成為治療肺動脈高壓的潛在靶點。本人碩士期間的研究表明，大鼠孕期給予炎癥刺激劑刺激，子代大鼠從新生兒期即出現(xiàn)主動脈Cx的表達異常，隨著鼠齡的增加，Cx表現(xiàn)出不同的變化格局，到了12周，Cx37的表達降低，這可能作用于主動脈功能的紊亂，Cx37表達的異常可能與NF-κB的過度激活有關[28]，Cx的異常表達，致使GJ的功能改變，這可能是孕期炎癥刺激致子代高血壓的一個原因之一。對于高血壓與Cx之間的分子機制，還需進一步深入研究。

由此可見，Cx表達和功能的異?？梢鸶哐獕海珻x在高血壓中的表達具有不同的格局，這可能成為高血壓治療的一個特異性靶點。

2.2.2 GJ與動脈粥樣硬化（Atherosclerosis，As） GJ可與循環(huán)中的白細胞作用，誘導其趨化，并促使白細胞分泌相關的化學物質和細胞因子，進而介導As的發(fā)生。在小鼠和人動脈粥樣硬化斑塊中檢測到的Cx有Cx37、Cx40和Cx43[29]。低密度脂蛋白受體敲出小鼠（Low-density lipoprotein receptor，LDLR-/-）、載脂蛋白E敲出小鼠（Apolipoprotein E，ApoE-/-）[30]模型常用來進行對AS的研究。在LDLR-/-中，給予高脂飲食喂養(yǎng)以制造As模型，在喂養(yǎng)第0、6、10 w及14 w檢測不同階段動脈中Cx37、Cx40和Cx43的表達，發(fā)現(xiàn)在沒有病變的動脈內皮層可檢測到Cx37和Cx40的表達，中層可檢測到Cx43的表達；在粥樣斑塊早期，血管內皮及中層的連接蛋白表達無變化，但在斑塊的新生內膜平滑肌中檢測到Cx43的表達，斑塊內巨噬細胞里檢測到有Cx37的表達；在進展斑塊中，在脂紋期的巨噬細胞及中層的VSMC中可檢測到Cx37的表達，而在覆蓋斑塊的內皮層則無Cx37及Cx40的表達，Cx43在覆蓋斑塊肩部的新生內膜VSMC和EC中均有表達。在對人頸動脈的研究結果與上述相似，這表明Cx的表達變化與粥樣斑塊形成密切相關，提示GJ在AS形成中起著重要作用[2]。Cx43可參與AS的形成[31]；由Cx43構成的半通道可通過刺激ATP的釋放，并使其轉變?yōu)橄佘諒亩鹨种普掣降淖饔?，Cx43本身則促進單核細胞的粘附[32]，Cx43的表達下調，可減少低密度脂蛋白受體缺陷小鼠中，粥樣斑塊處巨噬細胞及T細胞的數(shù)量，繼而抑制斑塊形成[33]。Cx37和Cx40可通過調節(jié)eNOS的功能和表達，從而具有抗As作用[34]?？偟膩碚f，在As中，采用轉基因小鼠、細胞轉染、特異性封閉肽等試驗研究了每一種Cx的作用，發(fā)現(xiàn)Cx可參與血管重構及粥樣斑塊形成[35]。

此外，還有很多針對GJ與As的研究，表明Cx37可能具有抗As形成的功能，Cx37在動脈粥樣硬化的發(fā)病機制中起著重要的潛在作用，是一個具有較大研究價值的潛在靶點。另連接蛋白在血管損傷后再狹窄的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用，特別是Cx43對于機械改變較為敏感，因此抑制Cx43的表達有助于抑制平滑肌細胞表型的轉變、增殖及遷移，進而使血管腔的狹窄度明顯降低。

3 結論與展望

綜上所述，縫隙連接在細胞間的信號傳遞過程中，具有極其重要的調節(jié)作用，縫隙連接和細胞的自分泌、旁分泌一起構成了細胞間的相互調節(jié)網(wǎng)絡。大量動物及臨床實驗研究表明，縫隙連接在許多心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中可能起著重要作用，通過對縫隙連接的研究，不僅可以闡明連接蛋白的重構與心血管疾病的關系，也可能成為治療該類疾病的新靶點。未來的研究不僅是要繼續(xù)探索縫隙連接在血管相關疾病，特別是高血壓中的作用機制；更是要將其步于臨床應用，以期從信號交流角度為該類疾病治療提供一定新方向。

參考文獻：

[1]Kumar NM，Gilula NB.The gap junction communication channel[J]. Cell，1996，84：381-388.

[2]Brisset AC，Isakson BE，Kwak BR.Connexins in vascular physiology and pathology[J].Antioxid Redox Signal，2009，11：267-282.

[3]Unwin PN，Zampighi G.Structure of the junction between communicating cells[J].Nature，1980，283：545-549.

[4]De Mello WC.Chemical communication between cardiac cells is disrupted by high glucose：implications for the diabetic heart[J].Exp Cell Res，2015，331（1）：232-238.

[5]Haefliger JA，Nicod P，Meda P.Contribution of connexins to the function of vascular wall[J].Cardiovasc Res，2004，62（2）：345-356.

[6]Pogoda K，Kameritsch P，Retamal MA，et al.Regulation of gap junction channels and hemichannels by phosphorylation and redox changes：a revision[J].BMC Cell Bio，2016，17（Suppl 1）：11：138-150.

[7]D'hondt C，Iyyathurai J，Vinken M，et al.Regulation of connexin-and pannexin-based channels by post-translational modifications[J].Biol Cell，2013，105（9）：373-398.

[8]Solan JL，Lampe PD.Specific Cx43 phosphorylation events regulate gap junction turnover in vivo[J].FEBS Lett，2014，588（8）：1423-1429.

[9]Axelsen LN，Calloe K，Holstein-Rathlou NH，et al.Managing the complexity of communication：regulation of gap junctions by posttranslational modification[J].Front Pharmacol，2013；4：130：1-18.

[10]Dunn CA，Lampe PD.Injury-triggered Akt phosphorylation of Cx43：a ZO-1-driven molecular switch that regulates gap junction size[J].J Cell Sci，2014，127（Pt 2）：455-464.

[11]Retamal MA，León-Paravic CG，Ezquer M，et al.Carbon monoxide： A new player in the redox regulation of connexin hemichannels[J].International Union of Biochemistry and Molecular Biology（IUBMB Life） ，2015，67（6）：428-437.

[12]Kjenseth A，F(xiàn)ykerud TA，Sirnes S，et al.The gap junction channel protein connexin 43 is covalently modified and regulated by SUMOylation[J].The Journal of Biological Chemistry，2012，287（19）：15851-15861.

[13]Figueroa XF，Duling BR.Gap junctions in the control of vascular function[J].Antioxid Redox Signal，2009，11（2）：251-266.

[14]Meens MJ，Pfenniger A，Kwak BR，et al.Regulation of cardiovascular connexins by mechanical forces and junctions[J].Cardiovasc Res，2013，99（2）：304-314.

[15]Alonso F，Krattinger N，Mazzolai L，et al.An angiotensin II-and NF-kappaB-dependent mechanism increases connexin 43 in murine arteries tar-geted by renin-dependent hypertension[J].Cardiovasc Res，2010，87（1）：166-176.

[16]Haefliger JA，Demotz S，Braissant O，et al.Connexins 40 and 43 are differentially regulated within the kidneys of rats with renovascular hyper-tension[J].Kidney Int，2001，60（1）：190-201.

[17]Yeh HI，Lee PY，Su CH，et al.Reduced expression of endothelial connexins 43 and 37 in hypertensive rats is rectified after 7-day carvedilol treatment[J].Am J Hypertens，2006，19（2）：129-135.

[18]Rummery NM，McKenzie KU，Whitworth JA，et al.Decreased endothelial size and connexin expression in rat caudal arteries during hypertension[J].J Hypertens，2002，20（2）：247-253.

[19]Rummery NM，Grayson TH，Hill CE.Angiotensin-converting enzyme inhibition restores endothelial but not medial connexin expression in hypertensive rats[J].J Hypertens，2005，23（2）：317-328.

[20]Kansui Y，F(xiàn)ujii K，Nakamura K，et al.Angiotensin II receptor blockade corrects altered expression of gap junctions in vascular endothelial cells from hypertensive rats[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol，2004，287（1）：216-224.

[21]Braunstein TH，Sorensen CM，Holstein-Rathlou NH.Connexin abundance in resist-ance vessels from the renal microcirculation in normo- and hypertensive rats[J].APMIS，2009，117（4）：268-276.

[22]Li L，Zhang W，Shi WY，et al.The enhancement of Cx45 expression and function in renal interlobar artery of spontaneously hypertensive rats at different age[J].Kidney Blood Press Res，2015，40（1）：52-65.

[23]Ma KT，Li XZ，Li L，et al.Role of gap junctions in the contractile response to agonistts in the mesenteric artery of spontaneously hypertensive rats[J].Hypertension Res，2014，37（2）：110-115.

[24]Le Gal L，Alonso F，Mazzolai L，et al.Interplay between connexin40 and nitric oxide signaling during hypertension[J].Hypertension，2015，65（4）：910-915.

[25]Kurta A.Connexins，renin cell displacement and hypertension [J].Curr Opin pharmacol，2015，21：1-6.

[26]Morton SK，Chaston DJ，Howitt L，et al.Loss of functional endothelial connexin 40 results in exercise-induced hypertension in mice[J].Hypertension，2015，65（3）：662-669.

[27]Yang L，Yin N，Hu L，et al.Sildenefil increases connexin 40 in smooth muscle cells through activation of BMP pathways in pulmonary arterial hypertension[J].Int J Clin Exp Pathol，2014，7（8）：4674-4684.

[28]Zhao S，Zhang H，Cao D，et al.Lipopolysaccharide exposure during pregnancy leads to aortic dysfunction in offspring rats[J].PLoS One，2014，9（7）：e102273，1-8.

[29]Kwak BR，Mulhaupt F，Veillare N，et a1.Altered pattern of vascular connexin expression in atherosclerotic plaques[J].Arterioscler Thromb Vase Biol，2002，22（2）：225-230.

[30]Morel S，Kwak BR.Vascular connexins in restenosis after balloon injury[J].Methods Mol Biol.2013，1037：381-398.

[31]Pfenniger A，Chanson M，Kwak BR.Connexins in atherosclerosis[J].Biochim Biophys Acta，2013，1828（1）：157-166.

[32]Yuan D，Wang Q，Wu D，et al.Monocyte-endothelial adhesion is modulated by Cx43-stimulated ATP release from monocytes[J]. Biochem Biophys Res Commun，2012，420（3）：536-541.

[33]Morel S，Chanson M，Nguyen TD，et al.Titration of gap junction protein connexin43 reduces atherogenesis[J].Thromb Haemost，2014，112（2）：390-401.

[34]Looft-Wilson RC，Billaud M，Johnstone SR，et al.Interaction between nitric oxide signaling and gap junctions：effects on vascular function[J].Biochim Biophys Acta，2012，1818（8）：1895-1902.

[35] Morel S.Multiple roles of connexins in atherosclerosis-and restenosis-induced vascular remodelling[J].J Vasc Res，2014，51（2）：149-161.