《International Journal of Biological Macromolecules》：Connexins in the nucleus: A review of emerging roles in cell signaling and gene regulation
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•连接蛋白的通道无关功能可调控关键信号通路。•在生理和病理条件下，多种连接蛋白会转移到细胞核中。•核内的连接蛋白可能调节基因转录与细胞存活。•针对连接蛋白的核定位进行干预可能是一种潜在的治疗策略。引言细胞间直接通信的概念源于20世纪中叶的超微结构与生理学研究。早期的电子显微镜分析
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连接蛋白的通道无关功能可调控关键信号通路。
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在生理和病理条件下，多种连接蛋白会转移到细胞核中。
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核内的连接蛋白可能调节基因转录与细胞存活。
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针对连接蛋白的核定位进行干预可能是一种潜在的治疗策略。
引言
细胞间直接通信的概念源于20世纪中叶的超微结构与生理学研究。早期的电子显微镜分析发现，不同组织中存在膜紧密接触的特殊区域，包括平滑肌、上皮细胞、神经元结构、心脏和肝脏，这些区域的膜呈现出规则的六边形排列[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。这些结构后来被命名为间隙连接，生理学研究证实它们能够实现电耦合，并允许离子和小分子代谢物在相邻细胞间传递[5]、[6]、[7]。20世纪70年代，对肝脏间隙连接的生化分离研究表明，其主要结构成分是后来被称为连接蛋白的蛋白质[8]、[9]。随后人们发现存在多种类型的“间隙连接蛋白”[10]，通过克隆肝脏和心脏中的相应亚型，其分子身份得以明确，这些亚型分别被命名为Cx32和Cx43[11]、[12]、[13]。目前人类中已确认Cx基因家族包含21个基因[14]。
尽管不同亚型存在差异，但所有连接蛋白都具有保守的膜结构，该结构由四个跨膜结构域、两个胞外环、一个胞内环以及细胞质中的N端和C端结构域组成[15]、[16]、[17]、[18]、[19]（见图1）。这一结构最初是通过序列分析推断出来的，随后又得到了生化、免疫学和结构学研究的支持[17]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]。六个连接蛋白亚基聚合形成半通道，即连接子，而相邻细胞中的两个连接子结合则可形成间隙连接通道[更多细节请参见相关文献[19]、[20]。对不同连接蛋白亚型的结构研究不仅证实了这些通道具有保守的组织结构[15]、[16]、[17]、[18]、[19]，还揭示了与通道开放和通透性相关的亚型特异性特征[更多细节请参见相关文献[19]、[20]。
多年来，半通道主要被视为间隙连接通道的前体，因为不受控制的大的非选择性膜孔开放可能会损害细胞活性。Paul及其同事的研究表明，在非洲爪蟾卵母细胞中表达Cx46会引发大的膜电流和细胞裂解，而较高的细胞外钙离子浓度可避免这些现象[27]。有趣的是，对鲶鱼视网膜水平细胞的记录显示存在与功能性半通道相一致的钙离子敏感膜电流[28]。后续的电生理学、染料摄取和药理学研究证明，半通道通常具有较低的基线开放概率[29]，但在特定的生理或病理刺激作用下，如膜去极化、氧化还原状态变化、细胞外环境碱化、机械应力、炎症、氧化应激以及细胞外二价阳离子浓度下降等情况下，半通道就会开放[30]、[31]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]、[37]、[38]。在这些条件下，半通道可以调控腺苷5′-三磷酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、谷氨酸、d-丝氨酸以及其他信号分子的释放[32]、[39]、[40]、[41]、[42]、[43]、[44]。人们认识到半通道可以独立于间隙连接通道发挥作用，这拓展了连接蛋白生物学的研究范畴。如今，半通道已被认为是自分泌和旁分泌信号传导的重要调节因子。例如，Cx43半通道有助于星形胶质细胞释放神经递质，并参与突触功能和记忆形成过程[42]、[43]、[45]、[46]、[47]。Cx26半通道则与延髓中的二氧化碳感知及ATP释放有关，从而支持中枢化学敏感性机制[48]。另一方面，Cx43和Cx45半通道在机械信号转导过程中可促进膀胱中ATP的释放[44]。这些例子都表明，连接蛋白可以通过多种依赖通道的机制调节细胞间的通信。
除了在间隙连接通道和半通道中的作用外，连接蛋白还参与多种非典型的细胞内功能。这些功能包括与信号传导蛋白和细胞骨架组分的蛋白-蛋白相互作用、调节连接蛋白的运输、调控细胞代谢，以及被纳入细胞外囊泡中[49]、[50]、[51]、[52]、[53]、[54]、[55]。例如，Cx40和Cx43已在线粒体中被检测到，它们似乎可以调节钙离子信号传导、ATP生成以及应激反应[56]、[57]、[58]。此外，Cx43和Cx46也被发现在细胞外囊泡中，它们似乎可以影响囊泡中的物质成分以及与受体细胞的相互作用[51]、[59]。另外，连接蛋白转录本的异常翻译会产生缺乏跨膜结构域的截短亚型，这类亚型具有不同的细胞内定位和功能[60]、[61]、[62]。这些截短亚型的细胞内定位模式和生物活性与全长连接蛋白有所不同。越来越多的证据表明，连接蛋白可能定位于线粒体、细胞骨架和细胞核等细胞内结构中，在那里它们可能影响钙离子信号传导、代谢、应激反应、线粒体转运以及基因表达等特定细胞过程[63]、[64]、[65]、[66]等。在这一更广泛的背景下，连接蛋白或由其衍生的片段可能进入细胞核并影响基因转录程序，这一可能性是目前研究领域中一个非常有趣但尚未完全弄清的问题。
章节要点
细胞核中的连接蛋白：证据、解读及亚型特异性观察
该领域的一个重大挑战在于区分真正的核内定位与核周聚集或核膜结合现象。这种区分十分重要，因为连接蛋白通常会经过分泌途径运输，在到达细胞膜之前会先积聚在细胞内囊泡或核周结构中。因此，核周定位不应自动被视为非典型的核定位方式。同样，核膜定位也
全长连接蛋白与连接蛋白衍生片段
要准确理解连接蛋白的核定位，就必须明确区分全长连接蛋白与由连接蛋白衍生的片段。全长连接蛋白是具有四个跨膜结构域的整合膜蛋白，能够组装成半通道或间隙连接通道。因此，当在核膜处检测到全长连接蛋白时，一种合理的解释是它们可能在核膜上形成类似通道的结构，从而影响离子或代谢物的交换[75]、[76]。在
推动连接蛋白核定位的潜在机制
有多种机制可以解释连接蛋白或由其衍生的片段为何能进入细胞核。传统的核输入过程是由核定位信号介导的，这些信号能被导入蛋白依赖的运输途径识别[86]。Cx43含有与核定位信号类似的序列，先前的研究也表明这些序列可能有助于连接蛋白的核定位[87]、[88]。此外，还有研究显示Cx43能与导入蛋白β相互作用，这一发现支持了连接蛋白通过该途径进入细胞核的模型
癌症之外的连接蛋白：神经炎症与神经退行性疾病中的作用
虽然许多关于连接蛋白在细胞核中或与细胞核相关联的报道都来自癌症模型，但中枢神经系统中的连接蛋白功能紊乱也为研究细胞亚定位改变提供了新的视角，其中可能存在的与细胞核相关的信号传导作用也值得关注。在多发性硬化症和视神经脊髓炎等神经炎症和脱髓鞘疾病中，星形胶质细胞和少突胶质细胞的间隙连接通道功能受损的现象已被广泛记录。因此，Markoullis等人
连接蛋白核定位的体内证据
目前关于连接蛋白在细胞核中定位的体内证据仍然有限，且大多来自癌症活检研究。在肺腺癌样本中，仅有少数病例报告存在Cx43的核定位现象，而在人类肺鳞状细胞癌样本中则未检测到该现象[99]。在另一项非小细胞肺癌研究中，165份患者样本中有14份的细胞核和细胞质中检测到了Cx43[100]。在胶质瘤中，虽然在富含白细胞的区域可观察到肿瘤细胞核中含有Cx43，但这一现象
局限性及方法学考虑
结论与未来研究方向
越来越多的证据表明，传统上被认为主要在间隙连接通道和半通道中发挥作用的连接蛋白，也可能参与多种非典型的细胞内过程，包括在生理和病理条件下定位于细胞核或与细胞核相关的结构中（见表1）。不过，不同连接蛋白亚型以及不同实验体系中所获得的证据强度差异很大，且在很多情况下这些证据仍主要是相关性证据。此外，目前还难以
CRediT作者贡献说明
Henrique Gir?o：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿。Williams E. Rosales：撰写——审阅与编辑，可视化处理。Leonor D.R. Lii-Troncoso：撰写——审阅与编辑，可视化处理。Jimmy Stehberg：撰写——审阅与编辑，资金筹集。Mauricio A. Retamal：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化处理，资金筹集。
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在撰写本论文时，作者使用了ChatGPT来协助编辑，以提高文本的表达清晰度。在使用该工具后，作者对内容进行了彻底的审核和修改，对本文的准确性和完整性负全责。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了智利ANID机构颁发的Fondecyt编号为1240485的资助，以及Fondecyt编号为1240804的资助。
Henrique Gir?o|Williams E. Rosales|Leonor D.R. Lii-Troncoso|Jimmy Stehberg|Mauricio A. Retamal
