缝隙连接蛋白43与脑水肿的研究进展

王周顺，姚晓腾综述，荆国杰校审

（1.广东医学院，广东湛江524000；2.惠州市第一人民医院神经外科，广东惠州516003）

·综述·

缝隙连接蛋白43与脑水肿的研究进展

王周顺1，姚晓腾2综述，荆国杰2校审

（1.广东医学院，广东湛江524000；2.惠州市第一人民医院神经外科，广东惠州516003）

缝隙连接蛋白（Connexin，Cx）是构成缝隙连接（Gap junction，GJ）通道的基本结构和功能蛋白。目前在哺乳动物组织中发现的连接蛋白至少20种。而Cx43(Connexin43，Cx43)是缝隙连接蛋白中最为丰富的连接蛋白，主要存在于星形胶质细胞中，在GJ介导的缝隙连接通讯中发挥着重要作用，目前关于Cx43的主要研究主要集中在与肿瘤、心血管、癫痫、脑水肿等方面，本文就Cx43与脑水肿之间关系的研究进展做一综述。

缝隙连接蛋白43；脑水肿；缝隙连接

缝隙连接(Gap junction，GJ)是由连接相邻两个细胞间的连接通道排列而成的一种特殊膜结构，又被称为缝管连接或接合膜，是细胞间唯一能直接进行物质和信息交换的通道，这种物质和信息交换称为由缝隙连接介导的细胞间通讯，它在细胞的生长发育、分化、同步化、神经元活动和免疫应答等生物过程中发挥至关重要的作用[1]。就目前在哺乳动物组织中发现的连接蛋白就多达20种[2]，主要是根据Cx蛋白质的质量不同而命名，Cx43因其分子量为43kD而得名。Cx43是缝隙连接蛋白中数量最为丰富的蛋白，到目前为止发现Cx43存在于多达34种组织和46种细胞中[3]。在神经系统中，数目最多的是星形胶质细胞，在星形胶质细胞之间存在着广泛的GJ，至少有11种Cx在神经系统中表达，而其中主要为Cx43，另外还有Cx26、Cx30、Cx32、Cx40等表达，但占Cx总量的比例较少，约为5%～10%[4-5]。

1 缝隙连接蛋白的结构

缝隙连接蛋白(Connexin，Cx)是构成缝隙连接(Gap junction，GJ)通道的基本结构和功能蛋白，其中每6个跨膜蛋白亚基围绕中央孔(直径1.5～2.0 nm)排列形成一个连接子(Connexin)(既半通道，Hemichannels)，相邻细胞膜上的连接子对接形成GJ[6]。由同种连接蛋白组成的连接子称为同聚体连接子，不同的连接子组成异聚体连接子，同聚体连接子参与构成同型缝隙连接，异聚体连接子参与构成异型缝隙连接[7]。

2 Cx43的基本结构与生物学作用

目前已发现的缝隙连接蛋白多达20余种，广泛分布在动物细胞之间(红细胞、骨骼肌细胞除外)[2]，根据Cx蛋白质的质量不同而命名，Cx43因其分子量为43 kD而得名，根据Cx氨基酸序列及编码DNA序列的不同又分为多种亚型，如α类亚型、β类亚型及γ类亚型。Cx43则属于α类亚型，Cx43蛋白肽链由382个氨基酸构成，其中氨基酸1～242构成管道部分，243～382构成细胞质尾部[8]。Cx由4个螺旋形成的跨膜结构域(M1-M4)及2个胞环组成，Cx最为保守的区域是2个胞外环，其次是4个跨膜片段，N端相对比较保守，而C端则差异较大，N端丝/苏及酪氨酸残基的磷酸化水平影响GJ的功能状态[7]。大多数CXs的功能调节位点位于C端。

Cx43作为GJ中的一种极为重要的蛋白存在于不同的组织和细胞中，现阶段对Cx43的研究不只局限在其介导的缝隙连接通讯和细胞间的信号传导区域。不同的组织中Cx43参与不同的生物学作用，最近关于Cx43的研究主要集中在心血管、肿瘤、癫痫、创伤、脑水肿等。

2.1 Cx43与心血管疾病在心肌细胞间隙连接的蛋白中，Cx43为其主要成分，Cx43也是心室肌细胞间的主要连接蛋白，在维持心肌细胞的电信号传导、连接通讯功能和正常的节律性的收缩中起重要作用。有研究发现心肌中Cx43功能异常将会引起心肌的传导异常和心律失常[9]。Cx43表达和分布的异常可以导致细胞间信号传导减慢和电传导耦联功能的下降，从而引起多种折返性心律失常[10]。Kanno等[11]研究发现Cx43表达含量的多少是心肌梗死面积大小的关键因素之一，通过增强细胞间信号传导来降低心律失常的药物可以增大心肌梗死的面积。Cx43在心律失常的发生及发展中发挥重要的作用，Cx43表达、分布的异常及结构等变化将导致心律失常、心肌收缩功能障碍。陈红伟等[12]通过建立兔大脑蛛网膜下腔出血模型发现蛛网膜下腔出血后基底动脉Cx43发生磷酸化，其表达水平与脑血管痉挛发生发展的时相一致，表明Cx43在脑血管痉挛发生发展过程中起到重要作用。

2.2 Cx43与癫痫癫痫是大脑神经元突发异常放电，导致短暂的大脑功能障碍的一种慢性疾病。缝隙连接是细胞间唯一能够直接进行物质和信息交换的通道，它在细胞的生长、发育、分化、同步化、神经元活动和免疫应答等生物过程中发挥着至关重要的作用[13]。研究发现在不同的细胞培养中，神经元增加了星形胶质细胞间的信息传递及Cx43的表达，同时间接地增加了新的电突触数目和电传导性[14]，导致神经元同步化放电的扩大从而引起癫痫发作。Fonseca等[15]研究发现癫痫患者的大脑星形胶质细胞中Cx43表达明显增加，提示Cx43表达的增加可加重癫痫发作。Collignon等[16]对顽固性癫痫患者的大脑海马连续抽样研究发现Cx43表达升高，也有研究认为Cx43的过度表达在患有颞叶硬化症的癫痫患者中起到了非常重要的作用。最近研究表明Cx43表达的高低与癫痫发生发展有一定的关系，但是是Cx43的表达异常引起癫痫的发生发展，还是癫痫的发生发展导致Cx43的表达异常尚不清楚。

2.3 Cx43与肿瘤神经胶质瘤是中枢神经系统中最常见的原发性肿瘤。Cx43是中枢神经系统中最丰富的缝隙连接蛋白，主要在星形胶质细胞中表达，到目前为止所有的研究表明Cx43对脑胶质瘤细胞生长起到一定的抑制作用。许多研究也证实Cx43表达的减少或者缺失将会促进神经胶质瘤细胞的增殖。在胶质瘤的发展过程中，Cx43表达的降低，不能抑制肿瘤细胞从G1期向S期转化，导致细胞无限制增殖及恶性程度增高。程蕾等[17]研究发现肿瘤增殖越快及恶性程度越高，Cx43表达就越少。Krutovskikh等[18]研究表明Cx43表达水平下调或缺失与肿瘤的发生及发展有着密切的相关性，并非Cx43基因的缺失或突变。在生殖系统肿瘤、消化系统肿瘤、肺部肿瘤等研究发现Cx43的表达下降与肿瘤之间都有一定的联系。

2.4 Cx43与脑水肿脑水肿发生机制是多种因素共同作用的结果，目前主要研究集中在微循环和血-脑脊液屏障(Blood-brain barrier，BBB)的破坏、水通道蛋白、细胞内Ca2+超载、氧自由基损害、NO、酶屏障受损等。关于水通道蛋白4与脑水肿关系的研究颇多，而关于脑水肿与缝隙连接蛋白43之间关系的报道并不多见。

创伤早期脑组织产生的一系列的代谢应激信号：如钙离子、氨基酸、氧自由基、细胞炎性因子、代谢产物等，这些物质可能通过创伤后表达增强的Cx43及其形成的缝隙连接，进入周边细胞，参与形成脑水肿，使水肿范围扩大，加重脑水肿的程度。脑外伤星形胶质细胞肿胀是早期水肿一个重要组成部分(细胞毒性脑水肿)[19]。最近也有研究认为Cx43是维持血脑屏障完整性必须的，表达减少引起星形胶质细胞足突水肿，血脑屏障功能下降，可能会加重脑水肿[20]。Solan等[21]研究发现Cx43的表达及其功能状态与其磷酸化有关，其羧基端发生磷酸化将改变Cx43的表达及功能，从而影响细胞间GJs的通透性，星形胶质细胞足突是构成BBB(Blood-brain barrier，BBB)完整性的重要组成部分，Cx43在星形胶质细胞足突中表达丰富，当Cx43表达增加或其功能改变时，BBB的通透性将破坏，一些大分子物质、蛋白等透过BBB造成细胞破坏，细胞破坏后产生的物质及一些炎性因子将影响到蛋白激酶A、C、G及络氨酸蛋白激酶1、丝裂原活化蛋白激酶等，逐步促进Cx43的磷酸化，进一步造成GJs及BBB的功能异常，加重脑水肿的程度。吴中亮等[22]研究发现Cx43参与了创伤性脑损伤后脑水肿的形成，通过阻断剂阻断Cx43的表达可减轻创伤后脑水肿发生的程度。同时也研究发现在大鼠创伤性脑损伤后通过阻断Cx43的表达，与对照组相比星形胶质细胞数目增加量减少及脑水肿程度减轻，Cx43可能参与调节脑组织细胞间的水平衡[23]。Chanson等[24]发现Cx43和AQP4共同参与星形胶质细胞内离子与水分子的转运，减轻脑水肿。但Lichter-Konecki等[25]实验证实AQP4与Cx43共同存在于脑血管系统的星形胶质细胞终足中调控着钾离子和水的转运，共同参与脑水肿的发生及发展。

3 结语

脑水肿的形成及发生发展是一个复杂的过程，一直以来对于脑水肿的研究颇多，但参与脑水肿的因素多样且相互联系复杂，具体的结论没有得到统一，需更进一步的研究。现阶段多种研究证实Cx43与脑水肿之间存在一定的联系，Cx43可能参与脑水肿的发生发展过程，在脑外伤后应用Cx43阻滞剂可能减轻颅脑损伤后脑水肿，就Cx43与脑水肿之间的关系需进一步的研究。

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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)

荆国杰。E-mail：jingguojie888@163.com