醫(yī)學細胞生物學課件：第十章 細胞外基質

1、第十四章第十四章 細胞外基質細胞外基質 ( extracellular matrix)內容內容概概 述述第一節(jié)第一節(jié) 氨基聚糖和蛋白聚糖氨基聚糖和蛋白聚糖第二節(jié)第二節(jié) 膠原與彈性蛋白膠原與彈性蛋白第三節(jié)第三節(jié) 非膠原性黏合蛋白非膠原性黏合蛋白 多細胞生物多細胞生物 細胞(cell) ：機體形態(tài)結構與功能的基本單位 組織（tissue) :眾多的細胞由細胞外基質組合在 一起構成的細胞群體。 （上皮組織，結締組織，肌組織，神經(jīng)組織） 組織(tissue)器官(organ)系統(tǒng)(system) 概概 述述 分布于細胞外空間，細胞分泌的由蛋白質和多糖 構成的高度水合性纖維網(wǎng)絡凝膠結構。細胞外基質定義細

2、胞外基質定義 ： 功能：功能： 對細胞支持、連接、保護、營養(yǎng) 與細胞各種生命活動有關 與組織細胞病理過程有關（創(chuàng)傷修復、纖維化、細胞惡變侵潤轉移）來源：成纖維細胞（主） 特化細胞含量種類差別大、決定組織物理性狀適合其功能上皮組織 肌組織 腦脊髓肝含量少：含量多： 結締組織平滑肌神經(jīng)組織神經(jīng)組織骨組織骨組織二、細胞外基質的組成成分二、細胞外基質的組成成分1. 氨基聚糖和蛋白聚糖 凝膠樣基質2. 膠原和彈性蛋白 纖維網(wǎng)架3. 非膠原糖蛋白（纖連蛋白和層粘連蛋白）粘著成分成分：成分：細胞外基質細胞外基質 上皮細胞上皮細胞基底膜基底膜 巨噬細胞巨噬細胞成纖維細胞成纖維細胞蛋白多糖蛋白多糖膠原纖維膠原纖

3、維彈性纖維彈性纖維肥大細胞肥大細胞結締組織中的細胞外基質結締組織中的細胞外基質第一節(jié)第一節(jié) 氨基聚糖和蛋白聚糖氨基聚糖和蛋白聚糖一、氨基聚糖（一、氨基聚糖（glycosaminoglycan,GAGglycosaminoglycan,GAG） 重復的二糖單位構成的直鏈多糖二糖單位氨基己糖 (N-乙酰氨基葡萄糖 / 乙酰氨基半乳糖 )糖醛酸 (葡萄糖醛酸/艾杜糖醛酸)化學組成：化學組成： 重復二糖單位構成的直鏈多糖,多數(shù)糖基硫酸化并帶有羧基，呈強負電性。艾杜糖醛酸N-乙酰半乳糖-4-硫酸硫酸皮膚素二糖重復單位六種類型 ( 糖基連接方式 硫酸化位置)：1. 透明質酸（HA）2. 硫酸軟骨素（CS）

4、3. 硫酸皮膚素（DS）4. 硫酸角質素（KS）5. 硫酸乙酰肝素（HS）6. 肝素（heparin）二糖單位： N-乙酰氨基葡萄糖 葡萄糖醛酸 5 00010 000個二糖重復單位透明質酸（透明質酸（hyaluronic acid,HA）-1,3連接組成N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸透明質酸（透明質酸（hyaluronic acid,HA）n結構：最簡單 不發(fā)生硫酸化 含有大量親水基團、負電荷n形態(tài)：呈無規(guī)則卷曲狀n降解：透明質酸酶n功能：賦予組織彈性、抗壓性 促進細胞遷移、增殖透明質酸（透明質酸（hyaluronic acid， HA）二、蛋白聚糖二、蛋白聚糖(pro

5、teoglycan,PG） 1. 組成結構：組成結構：氨基聚糖氨基聚糖核心蛋白核心蛋白共價結合共價結合一條核心蛋白可結合一條核心蛋白可結合100條以上相同或條以上相同或不同的氨基聚糖蛋不同的氨基聚糖蛋 蛋白聚糖單體蛋白聚糖單體蛋白聚糖單體蛋白聚糖單體蛋白聚糖單體連接蛋白透明質酸 蛋白聚糖多聚體 非共價氨基聚糖氨基聚糖核心蛋白核心蛋白透明質酸透明質酸分分子子篩篩形成巨大多聚體異質性高分類困難蛋白聚糖多聚體蛋白聚糖多聚體2. 蛋白聚糖的合成蛋白聚糖的合成 核心蛋白在RER核糖體核糖體上合成，高爾基體高爾基體內裝配直鏈多糖（GAG）。硫酸化、異構化修飾。核心蛋白Ser連接四糖糖基轉移酶合成糖鏈氨基聚

6、糖和蛋白聚糖功能：構成水合凝膠樣基質 1. 使組織具有彈性和抗壓性 2. 對物質轉運有選擇滲透性 3. 傳遞信息/抗凝血功能 4. 角膜中的PG有透光性 5. 組織老化有關第二節(jié)第二節(jié) 膠原與彈性蛋白膠原與彈性蛋白一、一、 膠原（膠原（collagen） 高度特化、不溶性的纖維蛋白家族。 體內含量最多的蛋白(25%)。 分布于各種組織細胞間。 不同組織中膠原的含量差別很大。 成纖維細胞、成骨細胞、軟骨細胞合成分泌。膠原在不同組織中的含量膠原在不同組織中的含量 /組織膠原的含量（克 100 克干重）脫鈣骨88.0跟腱86.0皮膚71.9角膜68.1軟骨4663韌帶17.0主動脈1224肺10肝4

7、膠原纖維束膠原纖維束三肽重復序列：Gly-X-Y X=Pro、Y=Hypro或(Hylys)（一）膠原分子（一）膠原分子（collagen molecule）的）的結構結構1.膠原分子：三條-螺旋肽鏈組成的3股螺旋結構。 L: 300nm, :1.5nm, 每條約1000AA。 Gly: 1/3(選擇性糖基化)（甘氨酸 ）Pro(Hypro)（羥脯氨酸）Lys(Hylys)（羥賴氨酸）鏈及膠原分子（collagen molecule）羥化和糖羥化和糖基化基化穩(wěn)穩(wěn)定的定的3 -螺旋結構螺旋結構 膠原分子膠原分子 彈性纖維彈性纖維2.膠原原纖維（膠原原纖維（collagen fibril）原膠原分

8、子原膠原分子膠原原纖維膠原原纖維膠原纖維束膠原纖維束 不同的膠原分子首尾相隔35nm,相鄰分子相錯1/4長度階梯式有序排列，側向間共價結合，彼此交聯(lián)聚合形成直徑不同（10300nm）長短不等（150數(shù)百m)的細纖維束。膠原的分子結構膠原的分子結構膠原的分子間和分子內交聯(lián)膠原的分子間和分子內交聯(lián)膠原原纖維膠原原纖維膠原纖維束膠原纖維束原膠原分子原膠原分子膠原原纖維膠原原纖維膠原纖維束膠原纖維束賴氨酸殘基橫聯(lián)共價結合賴氨酸殘基橫聯(lián)共價結合3.膠原纖維膠原纖維v Assembly of collagen fibers begins in the ER and is completed outside

9、 the cellvAbnormalities in collagens can cause serious disorders.（二）膠原的（二）膠原的類型類型I型: 皮膚、肌腱、韌帶、骨中II型：軟骨III型:血管壁、疏松結締組織中IV型：基底膜有25種不同的鏈，每種鏈由一種基因編碼。每型膠原由3條相同或不同的鏈構成。（三）膠原的（三）膠原的合成裝配與降解合成裝配與降解 來源：成纖維細胞、軟骨細胞、成骨細胞、上皮細胞等 合成：細胞內（細胞核-內質網(wǎng)-高爾基體-分泌小泡） 裝配：細胞外 降解：細胞外 鏈基因細胞核hnRNAmRNA。 粗面內質網(wǎng)-核糖體前體肽鏈 內質網(wǎng)腔：切去信號肽前體鏈兩端

10、有前肽 前鏈。 內質網(wǎng)/高爾基體內：羥基化、糖基化、三股 螺旋C端前肽以二硫鍵連接形成前膠原分子。 細胞外基質：切去前肽原膠原分子自我裝配 膠原原纖維膠原纖維膠原的合成膠原的合成切去信號肽、切去信號肽、N端和端和C端有前肽端有前肽(前前 -鏈鏈)。高高爾基體羥基化、糖基化爾基體羥基化、糖基化形成二硫鍵，以氫鍵連接形形成二硫鍵，以氫鍵連接形成三股螺旋的前膠原。成三股螺旋的前膠原。前膠原合成后分泌前膠原合成后分泌進入細胞間隙中進入細胞間隙中切去前肽，形成直徑切去前肽，形成直徑1.5nm、長長300nm的原膠原分子的原膠原分子前肽的功能：誘導裝配，分泌前防止交聯(lián)成膠原原纖維前肽的功能：誘導裝配，分泌

11、前防止交聯(lián)成膠原原纖維膠原的膠原的形成形成原膠原分子原膠原分子膠原原纖維膠原原纖維膠原纖維膠原纖維（四）（四） 膠原的功能膠原的功能 皮下結締組織中，膠原成柳條狀有多向抗張性。 肌腱中沿應力主軸平行成束排列，具韌性、抗張性。 型膠原組成纖維網(wǎng)絡，包圍于骨骼肌和平滑肌細胞周圍。 型膠原構成各種上皮細胞基膜的網(wǎng)架結構。 在成熟的骨骼、角膜和橫膈肌腱中，形成有序的膠合板樣結構。 膠原經(jīng)細胞表面受體介導與細胞骨架相互作用。 （五）膠原的發(fā)生與疾?。ㄎ澹┠z原的發(fā)生與疾病 遺傳性膠原?。耗z原的表達或裝配異常， 如成骨發(fā)育不全綜合癥 病理性纖維化：膠原表達過度，分配 比例失調，如肝硬化 免疫性膠原?。侯愶L濕

12、性關節(jié)炎、腎炎 膠原纖維形成異常：壞血病 為什么幾百年前，遠航的船員大多會因為大出血而喪命？問題： 彈性蛋白： 非糖基化疏水纖維蛋白，富含甘氨酸、脯氨酸，很少羥化。 肽鏈830個氨基酸，無Gly-X-Y重復序列。 呈無規(guī)則卷曲狀態(tài)，相互交聯(lián)形成細胞外基質中的彈性網(wǎng)絡。 具高度彈性及回縮力。維持皮膚彈性。二、彈性蛋白（二、彈性蛋白（elastin）（自學）（自學）彈性蛋白結構疏水性短肽交聯(lián)短肽(富含Lys)彈性蛋白纖維伸長伸長回縮回縮構象：無規(guī)則卷曲狀態(tài)相互交聯(lián)彈性疏松網(wǎng)絡彈性蛋白彈性蛋白微原纖維殼（糖蛋微原纖維殼（糖蛋白）白）彈性纖維彈性纖維第三節(jié)第三節(jié) 非膠原性黏合蛋白非膠原性黏合蛋白 細胞

13、外基質中一類多功能大分子。發(fā)現(xiàn)數(shù)十種。共同特點：既可以與細胞結合又可以與細胞外基質中其他大分子結合，使細胞與細胞外基質粘著，是細胞外基質的組織者。纖連蛋白層黏連蛋白主要包括：（一）纖連蛋白（一）纖連蛋白( fibronectin, FN )1.纖連蛋白： 高分子量糖蛋白，含糖4.5 % 9.5%。亞單位約2500個氨基酸，羧基末端二硫鍵形成二聚體，呈V字型。肝素肝素細胞細胞膠原膠原纖維蛋白纖維蛋白肌動蛋白肌動蛋白血漿FN（二聚體）細胞FN（多聚體） RGD 三肽序列三肽序列Arg-Gly-Asp(精精aa-甘甘aa-天冬天冬aa) RGD序列并非纖連蛋白特有 單純RGD三肽與整聯(lián)蛋白的親和性遠

14、遠低于整個纖連蛋白分子，其他序列有協(xié)同作用。 可溶性：肝細胞，血管內皮細胞 二聚體 不可溶性：間質細胞 多聚體結構組裝：細胞外受纖連蛋白受體指導和酶的參與才有二硫鍵交聯(lián)，組裝成纖維纖連蛋白的功能纖連蛋白的功能1.血漿纖粘連蛋白血漿纖粘連蛋白 參與血凝、創(chuàng)傷愈合，參與血凝、創(chuàng)傷愈合， 增強吞噬細胞的功能。增強吞噬細胞的功能。2.介導細胞與細胞外基質之間粘著。介導細胞與細胞外基質之間粘著。3.維持細胞形態(tài)，調控增殖，遷移，分化等。維持細胞形態(tài)，調控增殖，遷移，分化等。疾?。耗I小球腎炎疾?。耗I小球腎炎-腎小球基底膜上的纖連蛋腎小球基底膜上的纖連蛋白與免疫復合物結合沉積白與免疫復合物結合沉積 基底膜主

15、要結構成分，高分子糖蛋白(820kD)。 鏈鏈鏈鏈鏈鏈短臂球區(qū)短臂球區(qū)細胞表面受細胞表面受體結合部位體結合部位型膠原型膠原結合部位結合部位神經(jīng)軸突表面神經(jīng)軸突表面受體結合部位受體結合部位硫酸肝素硫酸肝素結合部位結合部位 (二二) 層黏連蛋白層黏連蛋白(laminin) (重鏈) (輕鏈) (輕鏈) 不對稱十字形1.基底膜主要成分。2.RGD三肽序列黏 附細胞。3.調節(jié)細胞粘附、 遷移、增殖分化。糖尿病-腎小球基底膜層黏連蛋白含量降低 層黏連蛋白功能層黏連蛋白功能Basal laminea 膜整聯(lián)蛋白膜整聯(lián)蛋白(integrin)： 跨膜糖蛋白，外連細胞外基質或細胞，胞內連細胞骨架。配體：FN

16、、LN、膠原等。結構： 亞基 亞基細胞外基質細胞外基質膠原膠原纖連蛋白纖連蛋白層粘連蛋白層粘連蛋白 蛋白聚糖蛋白聚糖基底膜-細胞外基質的特化結構 型膠原-400nm，C端球狀頭部之間非共價鍵；N端非球狀尾部公家交聯(lián)-構成基底膜基本框架 層粘連蛋白 內聯(lián)蛋白-協(xié)助各成分結合 滲濾素-含量最豐富的蛋白聚糖之一細胞外基質的功能細胞外基質的功能功能：1.細胞生長2.細胞分裂3.細胞分化4.細胞運動5.細胞遷移6.細胞識別7.細胞粘著8.細胞代謝 干細胞微環(huán)境包括多種組成成分干細胞微環(huán)境包括多種組成成分 信號分子:以自分泌或旁分泌的形式影響干細胞的增殖與分化。 細胞黏附分子:確保干細胞定居于微環(huán)境中，并

17、接受信號分子的調節(jié)。 細胞外基質:對干細胞正常功能的維持提供了重要信號，并且可以直接調節(jié)干細胞的分化方向。 空間效應:空間結構對保持適宜的干細胞數(shù)目和干細胞的定向分化發(fā)揮了重要作用。 對對“失巢凋亡失巢凋亡”（anoikis）的抵抗作用在腫瘤擴散和轉）的抵抗作用在腫瘤擴散和轉移中可能扮演一個重要角色。移中可能扮演一個重要角色。“失巢凋亡失巢凋亡”是一種形式的是一種形式的細胞程序死亡，是由與細胞外基質和其他細胞脫離接觸而細胞程序死亡，是由與細胞外基質和其他細胞脫離接觸而誘發(fā)的。來自荷蘭癌癥研究所的一個小組，從認為誘發(fā)的。來自荷蘭癌癥研究所的一個小組，從認為“失巢失巢凋亡凋亡”抑制是癌癥細胞在循環(huán)

18、過程中生存的一個先決條件抑制是癌癥細胞在循環(huán)過程中生存的一個先決條件這個觀點出發(fā)，想弄清對這一性質進行篩選是否可作為在這個觀點出發(fā)，想弄清對這一性質進行篩選是否可作為在整個基因組范圍內對轉移基因的一種功能篩選方法。這種整個基因組范圍內對轉移基因的一種功能篩選方法。這種篩選方法在大鼠的小腸上皮細胞中發(fā)現(xiàn)了作為篩選方法在大鼠的小腸上皮細胞中發(fā)現(xiàn)了作為“失巢凋亡失巢凋亡”一種強力抑制劑的神經(jīng)營養(yǎng)受體一種強力抑制劑的神經(jīng)營養(yǎng)受體 TrkB，表達，表達TrkB的細胞的細胞的確易發(fā)生癌變，能夠轉移。這一發(fā)現(xiàn)也許可解釋過度表的確易發(fā)生癌變，能夠轉移。這一發(fā)現(xiàn)也許可解釋過度表達達 TrkB的人類腫瘤為什么具有侵略性。的人類腫瘤為什么具有侵略性。Nature細胞外基質的降解 基質金屬蛋白酶MMPs家族 絲氨酸蛋白酶家族 MMPs和絲氨酸蛋白酶抑制劑-調控蝌蚪尾鰭活體組織放置在膠原凝膠上，中性PH和生理溫度下發(fā)生膠原降解 大多數(shù)情況下，大多數(shù)情況下，MMPs對底物（細胞外基質）作對底物（細胞