間隙連接蛋白家族新成員Ｃｘ３６

摘 要：Cx36是哺乳動物間隙連接蛋白（connexin，Cx）家族γ亞類的第一個成員，它參與形成間隙連接，介導相鄰細胞間的物質和信息的直接交換。間隙連接是神經系統構成電突觸的結構基礎，參與調控神經沖動信息的傳遞和復雜神經網絡的整合，而Cx36是唯一一個在神經系統中優先表達的Cx，因此成為電生理研究領域的熱點。就Cx36的發現過程、結構和定位進行了總結，并著重介紹它在神經系統中的功能和調節機制。

關鍵詞：間隙連接；電突觸；Cx36；神經系統

中圖分類號：R318文獻標識碼：A文章編號：1673-2197（2008）02-028-04

間隙連接（GJ）是相鄰細胞間直接進行物質和信息交換的膜通道，由相鄰細胞膜上的兩個半通道（hemichannel）也稱連接子（connexon）對接形成，每個連接子包含６個間隙連接蛋白（connexin，Cx），中心形成一個直徑約

1.5nm的孔道。營養物質、代謝產物、離子、第二信使、水和電信號等（相對分子量小于1kDa）均可以通過間隙連

接在相鄰細胞間自由交換。

目前發現的Cx基因在小鼠中有20種，人類有21種。間隙連接在哺乳動物的器官組織中（精母細胞、紅細胞、血小板和成熟的骨骼肌細胞除外）廣泛存在，同一種細胞可以表達不止一種的Cx，同一種Cx也可以在多種組織中表達［1］。

電突觸和化學突觸是神經細胞間傳遞信息的兩種途徑，生命體出生后，化學突觸逐漸取得了優勢地位。越來越多的證據表明，這兩種信號途徑在分布和功能上不是獨立的，尤其在出生后，它們相互影響，共同調節各種神經活動。最新研究表明，Cx36參與構成的間隙連接對中間神經元動作電位的發放模式和動作電位發放的同步化起著重要作用，Cx36基因敲除的小鼠不但電突觸的形成和電信號的傳遞受到了影響，還影響了各種行為活動的指標。

無脊椎動物（果蠅和線蟲）的間隙連接是由另一個蛋白家族Innexin（Inx）構成，Inx與Cx蛋白序列沒有同源性。最近發現脊椎動物中發現有與無脊椎動物的Inx序列相似的基因，稱為Pannexin（Pnx）。

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1 Cx36的發現和命名

1998年，Condorelli等從小鼠的下橄欖核中提取mRNA，反轉錄后以Cx基因家族的保守序列設計的兼并引物做PCR，瓊脂糖凝膠電泳后發現有一條比預期值大150bp左右的條帶，測序結果顯示這個片段與Cx家族具有很高的同源性，因此他們判斷得到了一個新的Cx基因。用從該片段設計的特異性探針序列從小鼠的BAC基因庫中篩選到了兩株陽性克隆，并得到了基因全長，這段基因可以編碼321個氨基酸的蛋白，分子量約36kDa［2］。Cx家族的傳統命名法是按照基因得到的物種和理論相對分子量的大小來命名，因此，這個新發現的Cx家族成員被命名為mCx36。同年，Shl等按照鰩的Cx35的序列設計的引物作RT-PCR，發現并分析了小鼠的Cx36的基因序列［3］。

2 Cx36的結構

Cx是一個四次跨膜的蛋白，C末端和N末端都在胞漿內，還包括一個胞內環和兩個胞外環。兩個胞外環上各有三個高度保守的半胱氨酸殘基（Cx31除外），形成三個穩定的二硫鍵。

哺乳動物的Cx36與鰩的Cx35是同源物，在基因結構上與Cx家族的α和β亞類不同（按照序列相似度和胞內環的長度分類）［4］，在翻譯起始點71bp后的編碼區內有一個內含子，蛋白結構上的特征是具有一個長的99個氨基酸的胞內環和相對較短的C末端，因此，Cx36/Cx35代表了Cx家族的另一個亞類γ類［5］。哺乳動物的Cx36與Cx35的區別在于，Cx36的胞內環有一個富含甘氨酸的18個氨基酸的結構，而Cx35相對應的區域則沒有這個結構［6］。

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3 Cx36的染色體和組織細胞定位

人的Cx36基因定位于15號染色體上，15q133。鼠的cx36基因定位于2號染色體上。

Cx36特異地表達于神經元和胰島素的β細胞，在視網膜、下橄欖核、嗅球海馬的CA3/CA4區高度表達，在腦和內分泌腺如松果腺和垂體腺中低水平表達，而在非神經系統如脾、肝、腎、肺、晶狀體、心臟中不表達。

大鼠嗅皮層第四層的神經元80%~90%的樹突長達200um，每個細胞的樹突上至少有60.3±12.2個Cx36參與的間隙連接，距離胞體＞50um的范圍內有(21.9±7.9)個，距離胞體50~100um的范圍內有(21.7±7.6)個，距離胞體100~150um的范圍內有(11.2±4.7)個，距離胞體＞150um的范圍內有(5.6±3.6)個［7］。

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4 Cx36的生物學功能

研究表明，在TRN區（丘腦網狀核）、SCN區（視交叉上核）、海馬、大腦皮層和小腦皮層中，Cx36參與構成的間隙連接在中間神經元動作電位的發放模式和動作電位發放的同步化中起著重要作用［8~11］。Cx36基因敲除的小鼠SCN區無電突觸聯系，TRN區也幾乎沒有電突觸；gamma和快速發放震蕩（oscillation）的能量和頻率受到影響［12］；并且感覺運動能力、學習記憶的過程受到損傷，推測間隙連接與記憶和其它的行為學相關［13］。

Cx36存在于視網膜的多種神經元中，包括柱狀視感細胞（rod photoreceptors）、開放性視錐雙極細胞（ON cone bipolars）、AII無長突細胞（AII amacrine）等。Cx36基因敲除的小鼠，視桿信號途徑的神經節細胞水平上的給光反應完全缺失［14］。視網膜內視錐細胞只占光感細胞的3%，視錐細胞細胞缺失的模型鼠，外網層Cx36表達量降低30%，在另一種光感細胞視桿細胞缺失的模型鼠外網層Cx36表達量增加了20倍，這兩種情況都說明了視錐細胞中表達Cx36［15］。

Cx36在胰島的β-細胞中大量表達［16］，而其它內分泌細胞Cx36的表達量則少得多。在INS-1E（一種分泌胰島素的細胞系）中，Cx36影響葡萄糖誘導的胰島素的釋放［17］，Cx36對葡萄糖誘導的幾種分泌胰島素的細胞系的影響也不同，例如：對βTC-3細胞影響最高，對INS-1影響居中，而對RIN-2A細胞的影響最小。Cx36基因敲除后，β細胞不能形成間隙連接，細胞間不能進行鈣離子交換，顯微注射lucifer yellow也不能自由擴散到相鄰細胞，胰島細胞不能產生規則的oscillation，但是未經誘導的基礎胰島素分泌量增加［17］［18］。

Cx36基因敲除，并沒有通過其它Cx表達量的增加來代償，而是改變了形態上和電生理上的一些特征。樹突上類似于間隙連接的無功能結構超量表達，神經元表現出不正常電壓依賴的oscillation和超常的興奮性，可能是泄漏電導的降低和電壓依賴的鈣電導增強的綜合效應［19］。

全腦缺血損傷后，海馬CA1區Cx36蛋白水平升高，說明Cx36可能在保護CA1區神經元的存活上發揮作用［20］。

5 Cx36的調節

Cx36功能的調節有緩慢調節和快速調節，前者表現在轉錄翻譯水平上，還包括蛋白的內吞和降解；后者只需要幾分鐘，包括通道開放的概率、通道開放和關閉的時間、單個脈沖通過通道的時間。影響Cx36功能的因素包括：神經傳遞素、生長因子、小肽、細胞因子和內源性生物活性脂，這些因子的非正常釋放可能與病理或受傷后Ｃx表達和間隙連接的改變有關。

Cx36適度的磷酸化有利于GJ功能的發揮，過磷酸化或脫磷酸化均可抑制GJ的功能。在光的刺激下，視網膜釋放多巴胺，多巴胺與D1受體結合并將其激活，導致胞內的cAMP水平升高，cAMP依賴的蛋白激酶A（PKA）磷酸化通路使Cx36的磷酸化水平升高，GJ功能下調［21］。PKA對GJ功能有三種不同的影響，包括緩慢上調、快速上調和快速下調GJ功能。蛋白激酶C（PKC）、酪蛋白激酶（CK）、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、非受體酪氨酸激酶等磷酸化途徑均可調節GJ的功能。

有實驗證明，Cx36的基因表達受到轉錄抑制因子NRSF/REST的嚴格調控［22］。NMDA受體、CaMK2/4和CREB依賴的信號機制也可以下調Cx36的活性［23］，電壓、pH值和Ca2+的濃度都可以影響通道的開放和關閉［24］。

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6 結語和展望

Cx36是目前已知的唯一在神經細胞中優先表達的Cx，為研究神經系統的電生理活動提供了一種新的分子生物學途徑。目前，通過Cx36基因敲除研究神經系統的活動取得了一些進展，但是要認識復雜的神經網絡調節活動還需要長期的努力，尤其在電突觸和化學突觸兩種神經信號傳遞途徑的整合，轉基因動物模型的條件性基因敲除（即小鼠某些特定類型的細胞或發育的某一特定階段的基因敲除）和Cx36的特異性阻斷劑的研發等方面的研究，可能會為人們提供一些新的思路。

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(責任編輯：杜 靖)

Cx36—A New Member of Connexin Family

Zheng Suping， Yang Guiwen， An Liguo

Abstract:Connexins are the protein subunits of the gap junction intercellular channels， which allow direct metabolic and electrical communication between adjacent cells. Cx36 is the first mammalian member of γ-subgroup of the connexin family， and preferentially expresses in cell types of neural origin for the regulation of the transduction of Neural signals and integration of neural network， in the present review we summarize the evidence of the regulations and functions of Cx36. 

Key words: Gap junction；Electrical synapse； Cx36； Nervous system