縫隙連接蛋白43與腦水腫的研究進展

王周順，姚曉騰綜述，荊國杰校審

（1.廣東醫學院，廣東湛江524000；2.惠州市第一人民醫院神經外科，廣東惠州516003）

·綜述·

縫隙連接蛋白43與腦水腫的研究進展

王周順1，姚曉騰2綜述，荊國杰2校審

（1.廣東醫學院，廣東湛江524000；2.惠州市第一人民醫院神經外科，廣東惠州516003）

縫隙連接蛋白（Connexin，Cx）是構成縫隙連接（Gap junction，GJ）通道的基本結構和功能蛋白。目前在哺乳動物組織中發現的連接蛋白至少20種。而Cx43(Connexin43，Cx43)是縫隙連接蛋白中最為豐富的連接蛋白，主要存在于星形膠質細胞中，在GJ介導的縫隙連接通訊中發揮著重要作用，目前關于Cx43的主要研究主要集中在與腫瘤、心血管、癲癇、腦水腫等方面，本文就Cx43與腦水腫之間關系的研究進展做一綜述。

縫隙連接蛋白43；腦水腫；縫隙連接

縫隙連接(Gap junction，GJ)是由連接相鄰兩個細胞間的連接通道排列而成的一種特殊膜結構，又被稱為縫管連接或接合膜，是細胞間唯一能直接進行物質和信息交換的通道，這種物質和信息交換稱為由縫隙連接介導的細胞間通訊，它在細胞的生長發育、分化、同步化、神經元活動和免疫應答等生物過程中發揮至關重要的作用[1]。就目前在哺乳動物組織中發現的連接蛋白就多達20種[2]，主要是根據Cx蛋白質的質量不同而命名，Cx43因其分子量為43kD而得名。Cx43是縫隙連接蛋白中數量最為豐富的蛋白，到目前為止發現Cx43存在于多達34種組織和46種細胞中[3]。在神經系統中，數目最多的是星形膠質細胞，在星形膠質細胞之間存在著廣泛的GJ，至少有11種Cx在神經系統中表達，而其中主要為Cx43，另外還有Cx26、Cx30、Cx32、Cx40等表達，但占Cx總量的比例較少，約為5%～10%[4-5]。

1 縫隙連接蛋白的結構

縫隙連接蛋白(Connexin，Cx)是構成縫隙連接(Gap junction，GJ)通道的基本結構和功能蛋白，其中每6個跨膜蛋白亞基圍繞中央孔(直徑1.5～2.0 nm)排列形成一個連接子(Connexin)(既半通道，Hemichannels)，相鄰細胞膜上的連接子對接形成GJ[6]。由同種連接蛋白組成的連接子稱為同聚體連接子，不同的連接子組成異聚體連接子，同聚體連接子參與構成同型縫隙連接，異聚體連接子參與構成異型縫隙連接[7]。

2 Cx43的基本結構與生物學作用

目前已發現的縫隙連接蛋白多達20余種，廣泛分布在動物細胞之間(紅細胞、骨骼肌細胞除外)[2]，根據Cx蛋白質的質量不同而命名，Cx43因其分子量為43 kD而得名，根據Cx氨基酸序列及編碼DNA序列的不同又分為多種亞型，如α類亞型、β類亞型及γ類亞型。Cx43則屬于α類亞型，Cx43蛋白肽鏈由382個氨基酸構成，其中氨基酸1～242構成管道部分，243～382構成細胞質尾部[8]。Cx由4個螺旋形成的跨膜結構域(M1-M4)及2個胞環組成，Cx最為保守的區域是2個胞外環，其次是4個跨膜片段，N端相對比較保守，而C端則差異較大，N端絲/蘇及酪氨酸殘基的磷酸化水平影響GJ的功能狀態[7]。大多數CXs的功能調節位點位于C端。

Cx43作為GJ中的一種極為重要的蛋白存在于不同的組織和細胞中，現階段對Cx43的研究不只局限在其介導的縫隙連接通訊和細胞間的信號傳導區域。不同的組織中Cx43參與不同的生物學作用，最近關于Cx43的研究主要集中在心血管、腫瘤、癲癇、創傷、腦水腫等。

2.1 Cx43與心血管疾病在心肌細胞間隙連接的蛋白中，Cx43為其主要成分，Cx43也是心室肌細胞間的主要連接蛋白，在維持心肌細胞的電信號傳導、連接通訊功能和正常的節律性的收縮中起重要作用。有研究發現心肌中Cx43功能異常將會引起心肌的傳導異常和心律失常[9]。Cx43表達和分布的異常可以導致細胞間信號傳導減慢和電傳導耦聯功能的下降，從而引起多種折返性心律失常[10]。Kanno等[11]研究發現Cx43表達含量的多少是心肌梗死面積大小的關鍵因素之一，通過增強細胞間信號傳導來降低心律失常的藥物可以增大心肌梗死的面積。Cx43在心律失常的發生及發展中發揮重要的作用，Cx43表達、分布的異常及結構等變化將導致心律失常、心肌收縮功能障礙。陳紅偉等[12]通過建立兔大腦蛛網膜下腔出血模型發現蛛網膜下腔出血后基底動脈Cx43發生磷酸化，其表達水平與腦血管痙攣發生發展的時相一致，表明Cx43在腦血管痙攣發生發展過程中起到重要作用。

2.2 Cx43與癲癇癲癇是大腦神經元突發異常放電，導致短暫的大腦功能障礙的一種慢性疾病。縫隙連接是細胞間唯一能夠直接進行物質和信息交換的通道，它在細胞的生長、發育、分化、同步化、神經元活動和免疫應答等生物過程中發揮著至關重要的作用[13]。研究發現在不同的細胞培養中，神經元增加了星形膠質細胞間的信息傳遞及Cx43的表達，同時間接地增加了新的電突觸數目和電傳導性[14]，導致神經元同步化放電的擴大從而引起癲癇發作。Fonseca等[15]研究發現癲癇患者的大腦星形膠質細胞中Cx43表達明顯增加，提示Cx43表達的增加可加重癲癇發作。Collignon等[16]對頑固性癲癇患者的大腦海馬連續抽樣研究發現Cx43表達升高，也有研究認為Cx43的過度表達在患有顳葉硬化癥的癲癇患者中起到了非常重要的作用。最近研究表明Cx43表達的高低與癲癇發生發展有一定的關系，但是是Cx43的表達異常引起癲癇的發生發展，還是癲癇的發生發展導致Cx43的表達異常尚不清楚。

2.3 Cx43與腫瘤神經膠質瘤是中樞神經系統中最常見的原發性腫瘤。Cx43是中樞神經系統中最豐富的縫隙連接蛋白，主要在星形膠質細胞中表達，到目前為止所有的研究表明Cx43對腦膠質瘤細胞生長起到一定的抑制作用。許多研究也證實Cx43表達的減少或者缺失將會促進神經膠質瘤細胞的增殖。在膠質瘤的發展過程中，Cx43表達的降低，不能抑制腫瘤細胞從G1期向S期轉化，導致細胞無限制增殖及惡性程度增高。程蕾等[17]研究發現腫瘤增殖越快及惡性程度越高，Cx43表達就越少。Krutovskikh等[18]研究表明Cx43表達水平下調或缺失與腫瘤的發生及發展有著密切的相關性，并非Cx43基因的缺失或突變。在生殖系統腫瘤、消化系統腫瘤、肺部腫瘤等研究發現Cx43的表達下降與腫瘤之間都有一定的聯系。

2.4 Cx43與腦水腫腦水腫發生機制是多種因素共同作用的結果，目前主要研究集中在微循環和血-腦脊液屏障(Blood-brain barrier，BBB)的破壞、水通道蛋白、細胞內Ca2+超載、氧自由基損害、NO、酶屏障受損等。關于水通道蛋白4與腦水腫關系的研究頗多，而關于腦水腫與縫隙連接蛋白43之間關系的報道并不多見。

創傷早期腦組織產生的一系列的代謝應激信號：如鈣離子、氨基酸、氧自由基、細胞炎性因子、代謝產物等，這些物質可能通過創傷后表達增強的Cx43及其形成的縫隙連接，進入周邊細胞，參與形成腦水腫，使水腫范圍擴大，加重腦水腫的程度。腦外傷星形膠質細胞腫脹是早期水腫一個重要組成部分(細胞毒性腦水腫)[19]。最近也有研究認為Cx43是維持血腦屏障完整性必須的，表達減少引起星形膠質細胞足突水腫，血腦屏障功能下降，可能會加重腦水腫[20]。Solan等[21]研究發現Cx43的表達及其功能狀態與其磷酸化有關，其羧基端發生磷酸化將改變Cx43的表達及功能，從而影響細胞間GJs的通透性，星形膠質細胞足突是構成BBB(Blood-brain barrier，BBB)完整性的重要組成部分，Cx43在星形膠質細胞足突中表達豐富，當Cx43表達增加或其功能改變時，BBB的通透性將破壞，一些大分子物質、蛋白等透過BBB造成細胞破壞，細胞破壞后產生的物質及一些炎性因子將影響到蛋白激酶A、C、G及絡氨酸蛋白激酶1、絲裂原活化蛋白激酶等，逐步促進Cx43的磷酸化，進一步造成GJs及BBB的功能異常，加重腦水腫的程度。吳中亮等[22]研究發現Cx43參與了創傷性腦損傷后腦水腫的形成，通過阻斷劑阻斷Cx43的表達可減輕創傷后腦水腫發生的程度。同時也研究發現在大鼠創傷性腦損傷后通過阻斷Cx43的表達，與對照組相比星形膠質細胞數目增加量減少及腦水腫程度減輕，Cx43可能參與調節腦組織細胞間的水平衡[23]。Chanson等[24]發現Cx43和AQP4共同參與星形膠質細胞內離子與水分子的轉運，減輕腦水腫。但Lichter-Konecki等[25]實驗證實AQP4與Cx43共同存在于腦血管系統的星形膠質細胞終足中調控著鉀離子和水的轉運，共同參與腦水腫的發生及發展。

3 結語

腦水腫的形成及發生發展是一個復雜的過程，一直以來對于腦水腫的研究頗多，但參與腦水腫的因素多樣且相互聯系復雜，具體的結論沒有得到統一，需更進一步的研究。現階段多種研究證實Cx43與腦水腫之間存在一定的聯系，Cx43可能參與腦水腫的發生發展過程，在腦外傷后應用Cx43阻滯劑可能減輕顱腦損傷后腦水腫，就Cx43與腦水腫之間的關系需進一步的研究。

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Advance in Connexin and brain edema.

WANG Zhou-shun1,YAO Xiao-teng2,Jing Guo-jie2.1.Guangdong Medical College,Zhanjiang 524000,Guangdong,CHINA;2.Department of Neurosurgery,Huizhou First Hospital,Huizhou 516003,Guangdong,CHINA

Connexin are the basic structure and function protein of gap junction.About 20 connexin have been found in the mammals'tissues and organs so far.Cx43 is the most abundant protein in the gap junction protein, mainly exist in astrocytes.Cx43 plays an very important role in the communication of gap junction mediated by GJ. At present,About the Cx43's research is mainly concentrated in tumor,cardiovascular,epilepsy,cerebral edema,etc. This review presents a research progress between Cx43 and brain edema.

Connexin43;Brain edema;Gap junction

R742.7

A

1003—6350（2014）01—0067—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.01.0024

2013-06-14)

荊國杰。E-mail：jingguojie888@163.com