醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用培訓課件

1、醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用細胞外基質extracellular matrix, ECM：是細胞分泌到細胞外空間的 分泌蛋白和多糖 構成的 精密有序的 網狀結構構成 細胞外基質的 大分子 種類繁多，大致分為三類：糖胺聚糖與蛋白聚糖；膠原和彈性蛋白；非膠原糖蛋白：纖連蛋白 和 層粘連蛋白細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用2細胞外基質extracellular matrix, ECM從結構表現(xiàn)形式上，細胞外基質 主要由 凝膠樣基質 和纖維網架 構成凝膠樣基質：糖胺聚糖、蛋白聚糖纖維網架：膠原、彈性蛋白黏著

2、作用：纖連蛋白、層粘連蛋白細胞外基質含量 因組織種類而不同，上皮、肌組織、腦 等含量較少； 結締組織中 細胞外基質 含量最大細胞外基質的 組分、組裝形式 由其產 生細胞決定，并與組織細胞的 特殊功能 需要 相適應；如 角膜的 透明柔軟片層 細胞外基質細胞外基質 不僅支持、連接、保水、 保護，對細胞行為產生全方位的影響細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用3從結構表現(xiàn)形式上，細胞外基質 主要由 凝膠樣基質 和纖維網架糖胺聚糖與蛋白聚糖糖胺聚糖 glycosaminoglycan, GAG 與 蛋白聚糖proteoglycan, PG 是一些 高分子量的 含糖化合物，

3、構成細胞外高度親水的凝膠，賦予組織良好的彈性和抗壓性糖胺聚糖是由重復的二糖單位構成的直鏈多糖糖胺聚糖是由重復的二糖單位構成的直鏈多糖，過去稱“黏多糖” 二糖單位之一：氨基己糖（N-乙酰氨基葡萄糖 / N-乙酰氨基半乳糖）另一個 二糖單位：糖醛酸（葡萄糖醛酸 / 艾杜糖醛酸）因糖殘基上常有硫酸基團、羧基，故呈強負電性細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用4糖胺聚糖與蛋白聚糖細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞據糖殘基的性質、連接方式、硫酸化數(shù)量和存在的部位，可分為六種：透明質酸 hyaluronic acid, HA 硫酸軟骨素 chondroitin sul

4、fate, CS 硫酸皮膚素 dermatan sulfate, DS 硫酸乙酰肝素 heparan sulfate, HS 肝素 heparin 硫酸角質素 keratan sulfate, KS細胞外基質的主要組成成分透明質酸硫酸軟骨素硫酸皮膚素硫酸乙酰肝素滑液、玻璃體醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用5據糖殘基的性質、連接方式、硫酸化數(shù)量和存在的部位，可分為六種透明質酸 是氨基聚糖中 結構最簡單的一種，其二糖單位是 N-乙酰氨基葡萄糖 和 葡萄糖醛酸500025 000個二糖重復單位排列構成，不發(fā)生硫酸化透明質酸的糖醛酸的羧基 帶有大量負電荷，其相斥作用使整個分子伸展膨脹，占據

5、很大的空間其表面有大量親水基團，可結合大量水分子，形成凝膠；一個透明質酸分子 可以占據1000倍于自身分子的空間在有限的空間可產生 膨脹壓，賦予組織良好的 彈性和抗壓性透明質酸 是種重要的糖胺聚糖，在組織創(chuàng)傷、早期胚胎中尤為豐富，促進細胞遷移和增殖；是胚胎發(fā)育早期的空間填充物，用于定形，如 心臟形成；作為關節(jié)液的重要成分，有潤滑作用任務完成后，可被透明質酸酶 降解細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用6透明質酸 是氨基聚糖中 結構最簡單的一種，其二糖單位是 N-蛋白聚糖是由糖胺聚糖和核心蛋白共價結合形成的高分子量復合物1.蛋白聚糖的分子結構蛋白聚糖 proteog

6、lycan, PG 是由 糖胺聚糖（透明質酸 除外）與 核心蛋白 共價形成的 高分子復合物，是含糖量極高的糖蛋白其分子量大，含糖量高，可達分子量的95%核心蛋白 為單鏈多肽，一條核心蛋白 分子上 可連接1100條以上 糖胺聚糖 （相同或不同的 糖胺聚糖；糖鏈一般 較短，300個糖基以下），形成 蛋白聚糖單體細胞外基質的主要組成成分虛線框內 蛋白聚糖單體醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用7蛋白聚糖是由糖胺聚糖和核心蛋白共價結合形成的高分子量復合物細若干個 蛋白聚糖單體 通過 連接蛋白 linker protein，以 非共價鍵 與透明質酸 結合，形成 蛋白聚糖多聚體軟骨中的蛋白聚糖復合

7、體 是已知最巨大分子，其 糖胺聚糖 為硫酸軟骨素 和 硫酸角質素，分子量 高達數(shù)百萬，長達幾微米，使軟骨具有良好 彈性、抗壓性細胞外基質的主要組成成分軟骨細胞醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用8若干個 蛋白聚糖單體 通過 連接蛋白 linker prot細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用9細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的2.蛋白聚糖是在內質網中合成并裝配的核心蛋白 在粗面內質網 核糖體上合成，多糖側鏈 在高爾基復合體中 裝配到 核心蛋白上蛋白聚糖 單體裝配時，首先一個 專一的四糖(Xyl-Gal-Gal-GlcUA) 結合

8、到 核心蛋白 的絲氨酸殘基上；然后在 糖基轉移酶 作用下，一個個糖基依次 加上，形成 糖胺聚糖 糖鏈細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用102.蛋白聚糖是在內質網中合成并裝配的細胞外基質的主要組成成分蛋白聚糖的顯著特點多態(tài)性：核心蛋白 氨基酸序列不同、糖鏈 長度和成分不同；功能也因此各有不同細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用11蛋白聚糖的顯著特點多態(tài)性：核心蛋白 氨基酸序列不同、糖鏈有些蛋白聚糖 是質膜的整合蛋白，如 黏結蛋白聚糖 syndecan，存在于 成纖維細胞 和 上皮細胞 質膜中；其 核心蛋白 以跨膜糖蛋白的方式 嵌入

9、質膜；其胞外區(qū)的 硫酸軟骨素、硫酸類肝素 的GAG糖鏈，與其他細胞外基質成分，如 膠原、纖連蛋白，信號分子 結合其 胞內區(qū) 肽段 與膜下 細胞骨架及細胞皮層的 信號蛋白分子 相互作用，可 介導細胞與細胞外基質 結合、 或 細胞內外 信息 溝通細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用12有些蛋白聚糖 是質膜的整合蛋白，如 黏結蛋白聚糖 synde糖胺聚糖與蛋白聚糖的功能糖胺聚糖與蛋白聚糖 普遍存在于動物各種組織中，結締組織含量最高1.使組織具有彈性和抗壓性2.對物質轉運有選擇滲透性糖基縱橫交錯、高度親水、具有負電性，構成高度水化孔膠樣物；孔的大小和電荷密度，可調節(jié)對分

10、子和細胞的通透性，具有分子篩的作用；如 腎小球基底膜中 硫酸軟骨素蛋白聚糖 對原尿的生成 具有篩濾作用3.角膜中蛋白聚糖具有透光性 硫酸軟骨素、硫酸角質素，高度硫酸化，使基質脫水變得致密；阻止血管的形成，使角膜柔軟、具有透光性；角質化亦有保護作用4.糖胺聚糖有抗凝血作用細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用13糖胺聚糖與蛋白聚糖的功能細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物肝素蛋白聚糖可與某些凝血因子結合而具有抗凝血作用；肝素蛋白聚糖 常以單體形式存在，由靠近血管的肥大細胞分泌產生，并貯存于肥大細胞的顆粒中，受到刺激時，釋放入血液，結合凝血酶，抑制凝血因子的作用，抗凝

11、血5.細胞表面的蛋白聚糖有傳遞信息作用如成纖維細胞與表皮細胞表面的黏結蛋白聚糖6.糖胺聚糖和蛋白聚糖與組織老化有關胚胎發(fā)育期，透明質酸合成旺盛，胎兒皮膚中的透明質酸和硫酸軟骨素含量是成人20倍； 隨年齡增大 逐漸減少，逐漸被 硫酸皮膚素 所取代關節(jié)軟骨中的蛋白聚糖 隨年齡增加 逐漸減少，硫酸軟骨素 被硫酸角質素 逐漸取代隨個體衰老，蛋白聚糖的 糖鏈比例下降，組織的保水性 及 彈性減弱糖胺聚糖的陰離子可結合鈣離子，在組織的鈣化、骨鹽沉積中起重要作用細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用14肝素蛋白聚糖可與某些凝血因子結合而具有抗凝血作用；肝素蛋白聚糖胺聚糖和蛋白聚糖

12、與疾病糖胺聚糖和蛋白聚糖的代謝異常與許多疾病有關；蛋白聚糖的降解 可在一系列 細胞外酶 或溶酶體酶 催化下進行基因突變 引起的缺乏降解 糖胺聚糖 的酶(如 糖苷酶、硫酸酯酶)，將導致 糖胺聚糖、蛋白聚糖 及降解中間產物的 體內一定部位堆積，形成 黏多糖累積病 mucopolysaccharidoses，如 Hunter綜合癥動脈粥樣硬化 患者的 血管內皮細胞 表面 硫酸乙酰肝素、硫酸軟骨素 含量下降，硫酸皮膚素 蛋白聚糖 含量升高，容易與 低密度脂蛋白 結合，導致 脂類的血管壁沉積糖胺聚糖變化和蛋白聚糖 異常表達，對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉移 有重要意義； 一些腫瘤的透明質酸、硫酸軟骨素 增多，抑

13、制細胞分化，有利于 細胞遷移、增殖許多癌組織 硫酸乙酰肝素 硫酸化程度下降，為腫瘤增殖、脫落、侵襲、轉移 提供了條件細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用15糖胺聚糖和蛋白聚糖與疾病細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物膠原與彈性蛋白膠原是細胞外基質中的骨架結構膠原 collagen 是動物體內 高度特化的 纖維蛋白家族，是人體內 含量最豐富的 蛋白質，占蛋白總量的 25%30%膠原遍布于 各種器官和組織，在結締組織中 含量最豐富，是細胞外基質的框架結構膠原 由成纖維細胞、軟骨細胞、成骨細胞、某些上皮細胞 合成并分泌到 細胞外細胞外基質的主要組成成分Human co

14、llagen fibers 膠原(橫切面 電鏡)成纖維細胞醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用16膠原與彈性蛋白細胞外基質的主要組成成分Human colla1.膠原的分子結構膠原分子 為三股螺旋(triple helix)結構，3條多肽鏈 盤繞而成，長300nm，直徑1.5nm，稱：原膠原人類 每條肽鏈約1050 aa，其中Gly占1/3，同時富含 Pro和Lys，這2種氨基酸經常羥基化形成Hypro和Hylys，Lys 選擇性糖基化肽鏈中的氨基酸 組成規(guī)律的三肽重復序列Gly-X-Y，X多為Pro，其環(huán)狀結構穩(wěn)定螺旋構象；Y可為任一氨基酸，多為Hy-pro或Hy-lys；甘氨酸(G

15、ly)是最小氨基酸，使肽鏈卷曲成規(guī)律的-螺旋，適于在緊密的三股螺旋中心肽鏈的羥基化與糖基化 使肽鏈交聯(lián)，形成穩(wěn)定的3-螺旋結構細胞外基質的主要組成成分長300nm，直徑1.5nm醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用171.膠原的分子結構細胞外基質的主要組成成分長300nm，直徑2.膠原的類型鏈是 原膠原 的基本亞單位，目前已發(fā)現(xiàn)人基因組中有42個編碼鏈的基因，每種鏈由一種基因編碼，各種不同鏈以不同方式組合成不同類型膠原每型膠原由3條相同或不同的鏈構成，如 I型膠原 是異源三聚體：1(I)22(I)，分布于 肌腱、皮膚、骨、韌帶，形成較粗的纖維束，具有很強的抗張強度II型膠原 是同源三聚

16、體：1(II)3，存在于軟骨中III型膠原 是同源三聚體：1(III)3，存在于 皮膚、肌肉、結締組織，在血管壁和各種軟組織或器官間質形成微細的纖維網，常與I型共分布IV型膠原 異源三聚體：1(IV)2 2(IV) ，僅存于 基底膜，形成 二維網絡樣結構目前發(fā)現(xiàn)的 膠原類型 只有 27種，分布有一定組織特異性細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用182.膠原的類型細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基3.膠原的合成裝配與降解膠原由結締組織的 成纖維細胞、間充質來源的 成骨細胞、成軟骨細胞、各種上皮細胞、牙本質細胞、神經組織的 雪旺氏細胞等合成分泌膠原分子的

17、基因很大，約3040kb；人1(I)鏈的基因 含51個 外顯子，多數(shù) 外顯子由54個或54倍數(shù)個 核苷酸組成；推測 I、 II、 III型膠原 鏈的基因 是由編碼54個核苷酸的 原始基因 復制演化而來； IV型膠原 跟前三者差別較大膠原在細胞內的合成膠原的合成、組裝 始于內質網，在高爾基體進行修飾，最后在細胞外組裝成 膠原纖維首先在粗面內質網的核糖體上 合成前鏈(pro- chains) ；前鏈除了含信號肽，在其N端與C端 還各有一段不含Gly-X-Y的前肽序列新合成的前鏈進入糙面內質網腔，切去信號肽，Pro和Lys 被羥化成 細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作

18、用193.膠原的合成裝配與降解細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物Hypro和Hylys；一些Hylys被部分糖基化(完全糖基化修飾 在高爾基復合體完成)；3條 前鏈 C端前肽 形成 二硫鍵交聯(lián)，使3條前鏈 對齊，從C端向N端 聚合成 帶前肽的三股螺旋結構前膠原 procollagen前膠原分子 囊泡運進高爾基體，進一步糖基化修飾，被包入分泌小泡，分泌到 細胞外膠原在細胞外的裝配在分泌過程中，前膠原分子 一旦暴露于細胞外，就被組織中依賴Zn2+的前膠原N-蛋白酶和前膠原C-蛋白酶切去N端和C端的前肽序列，兩端各保留一小段非螺旋的端肽區(qū)，形成原膠原分子 原膠原分子 在細胞外 階梯式有序排列，相鄰

19、原膠原分子相錯1/4 長度(約67nm)，前后分子 首尾相隔 35nm，自我裝配成 明暗相間、直徑10300 nm，長150nm的膠原原纖維 collagen fibril細胞外基質中，膠原原纖維 常聚集成束，形成直徑 數(shù)微米、光鏡下可見的 膠原纖維 collagen fiber細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用20Hypro和Hylys；一些Hylys被部分糖基化(完全糖基前鏈的合成選擇性羥基化選擇性糖基化3條鏈的自組裝三螺旋的前膠原分子形成分泌前肽的剪接自組裝成膠原原纖維聚集成膠原纖維二硫鍵膠原的合成裝配（I-III型）前肽細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞

20、生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用21前鏈的合成選擇性羥基化選擇性糖基化3條鏈的自組裝三螺旋的共價鍵螺旋膠原分子在細胞外基質組裝： 相鄰分子相錯1/4長度，約67nm，前后分子相距約35nm，聚合形成 明暗相間的 膠原原纖維細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用22共價鍵螺旋膠原分子在細胞外基質組裝： 細胞外基質的主膠原的合成裝配（I-III型）前鏈(pro-chains)，帶有 信號肽 和 前肽 propeptide（不含 Gly-X-Y 結構） 去除信號肽; 選擇性羥基化、糖基化 C-端前肽借二硫鍵形成鏈間交聯(lián)，使3條對齊排列，3條 鏈 以氫鍵相連，形成三股

21、螺旋，前肽部分不螺旋，即前膠原(pro-collagen) 分泌到細胞外; 去除前肽; 相鄰分子 相錯1/4長度，約67nm，前后分子 相距約35nm，聚合形成 明暗相間的纖維，即膠原原纖維(collagen fibril) 細胞外基質中聚集成束，形成膠原纖維(collagen fiber)內質網、高爾基體細胞外細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用23膠原的合成裝配（I-III型）內質網、高爾基體細胞外細胞外基IV型膠原： 三股肽鏈不含 規(guī)則的(Gly-x-y) 三肽重復序列IV型膠原構成基膜骨架不形成連續(xù) 螺旋三鏈結構（只形成松散三股螺旋）前膠原分子的前肽不被

22、切除C-端“頭對頭”形成二聚體幾個二聚體再交聯(lián)形成網絡結構，構成基膜的骨架細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用24IV型膠原： 三股肽鏈不含 規(guī)則的(Gly-x-y) 三細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用25細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用26細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的膠原的降解膠原的更新轉換很慢，成年人骨中的膠原分子，半衰期達10年；一般的蛋白質半衰期為數(shù)小時或數(shù)天；創(chuàng)傷修復或炎癥反應初期，膠原轉換

23、率加快，伴有膠原類型的轉變膠原分子可被膠原酶collagenase降解，膠原酶的活化與抑制 調節(jié)膠原的轉換率；創(chuàng)傷組織、癌變組織有活化的膠原酶；蛋白酶、纖溶酶，糖皮質激素，均可誘導、活化 膠原酶結締組織 合成膠原酶抑制劑；雌二醇、黃體酮 抑制子宮膠原降解4.膠原的功能膠原在不同組織中行使不同功能皮下結締組織中，抵抗拉力；肌腱 很強韌性，承受巨大拉力；骨、角膜 膠原呈膠合板樣多片層，透明而又有一定強度；III型膠原 纖維網，包繞 腺泡、肌肉；IV型膠原 基底膜 網架結構細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用27膠原的降解細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基

24、質膠原與細胞外基質各種成分結合，組織細胞外基質，結合細胞表面受體，連接組織、器官膠原與細胞的增殖和分化有關人體細胞絕大多數(shù)是 貼附依賴性細胞，膠原為主的細胞外基質為細胞提供貼附、鋪展，并刺激細胞增殖的作用膠原能誘導細胞分化，在不同膠原上，干細胞被誘導成不同類型細胞：I型膠原：成纖維細胞、II型膠原：軟骨細胞、IV型膠原：上皮細胞哺乳動物在發(fā)育的不同階段表達不同類型的膠原胎兒皮膚表達 大量型膠原，隨著發(fā)育 漸被I型膠原 取代；皮膚損傷后的修復， 型膠原 含量上升成熟組織 膠原穩(wěn)定，在炎癥初期和創(chuàng)傷修復時，膠原表達呈現(xiàn)胚胎特點：膠原分子間缺乏交聯(lián)人體衰老，膠原分子交聯(lián)增多，膠原纖維結構變得緊密，導

25、致人體組織變得僵硬細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用28膠原與細胞外基質各種成分結合，組織細胞外基質，結合細胞表面受5.膠原與疾病各組織中 膠原的含量、結構、類型、比例、代謝 異常均可導致 膠原病 collagen disease維生素C缺乏 導致壞血病膠原形成過程中，鏈的 羥基化和糖基化，是肽鏈間 交聯(lián)形成穩(wěn)定 3 -螺旋 的必須條件，此過程需要酶和多種輔助因子(Vc、Fe2+、-酮戊二酸)的參與。缺乏 輔助因子，羥化受阻，分子交聯(lián)失敗，導致 非羥化的鏈 在細胞內被降解，皮膚、血管變脆壞血病遺傳性膠原病膠原分子基因突變導致 表達和裝配的異常遺傳性膠原病如：成

26、骨發(fā)育不全綜合癥，是I型膠原 合成障礙，骨骼發(fā)育不良，四肢短小，畸形，易骨折，甚至早夭II型膠原 基因突變 導致軟骨異常，骨和關節(jié)發(fā)育異常，身材矮小細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用295.膠原與疾病細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基愛-唐綜合癥，膠原基因突變，缺乏切除前肽的酶，使膠原不能組裝成高度有序的纖維，骨骼、肌腱缺乏剛性，關節(jié)活動過度，皮膚、肌腱、血管 變脆膠原表達過度，可造成肝、肺、皮膚 病理性纖維化；從正常含量的5%10%上升到50%免疫性膠原病人體免疫組織在正常狀況下，對自身的膠原組織有免疫耐受性；此特性喪失 導致自身免疫性膠原組織損

27、傷，如 類風濕性關節(jié)炎、慢性腎炎等；免疫復合物 在膠原組織沉積，可引起炎癥反應細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用30愛-唐綜合癥，膠原基因突變，缺乏切除前肽的酶，使膠原不能組裝彈性蛋白是構成細胞外基質中彈性纖維網絡的主要成分彈性蛋白 elastin 是構成細胞外基質中 彈性纖維網絡的主要成分，是高度疏水的非糖基化纖維蛋白，分布于 皮膚、大動脈、肺等約含750aa，富含脯氨酸、甘氨酸，很少羥基化，不含羥賴氨酸，無糖基化修飾細胞外基質的主要組成成分肽鏈不含Gly-x-y 三肽重復序列，不形成三股螺旋，而呈無規(guī)則的卷曲肽鏈主要由 兩類短肽 交替排列：疏水性短肽，賦與

28、分子彈性；螺旋短肽，富含丙氨酸、賴氨酸，在相鄰分子間形成交聯(lián)每種短肽各由一個外顯子編碼Elastic fiberSingle elastin molecule交聯(lián)鍵醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用31彈性蛋白是構成細胞外基質中彈性纖維網絡的主要成分細胞外基質的細胞外基質的主要組成成分彈性蛋白 以可溶性 原彈性蛋白tropoelastin 的形式，分泌到細胞外，并通過賴氨酸殘基之間 相互交聯(lián) 裝配形成 彈性纖維網彈性蛋白的無規(guī)則卷曲和高度交聯(lián)，使之彈性伸長、回縮 能力強，比同樣截面的橡皮條 彈性高5倍膠原纖維與彈性纖維 相互交織，限制伸展程度，防止組織斷裂彈性蛋白的降解 主要由 彈性

29、蛋白酶elastase 催化彈性纖維elastic fiber 并非單純由彈性蛋白構成，彈性蛋白表面 包饒 一層糖蛋白組成的 微原纖維microfibrils，其中較大的糖蛋白原纖維蛋白fibrillin 是保持 彈性纖維完整 所必需的成分；其 基因突變，可導致 馬凡氏綜合癥Marfans syndrome：病變累及含彈性纖維的組織，骨骼及關節(jié)畸形，身材異常瘦長，嚴重者 主動脈易破裂彈性蛋白 是動脈中含量最高的細胞外基質蛋白，占主動脈 干重50%，其基因突變 可導致動脈壁 平滑肌細胞過度增殖，引起動脈狹窄老年組織中，彈性蛋白生成減少，降解增強，組織失去彈性醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相

30、互作用32細胞外基質的主要組成成分彈性蛋白 以可溶性 原彈性蛋白tro細胞外基質中的非膠原性糖蛋白非膠原性糖蛋白 共同特點：既與細胞結合，又與細胞外基質其他分子結合，故而使 細胞與細胞外基質 相互黏著，是 細胞外基質中的 黏合蛋白目前發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種 這類 黏合糖蛋白，在結構上 具有多個結構域，結合細胞或其他細胞外基質；它們是細胞外基質的組織者，對細胞存活、形態(tài)、黏著、鋪展、遷移、增殖、分化 有直接影響研究的最清楚的兩種是：纖連蛋白、層粘連蛋白纖連蛋白廣泛存在于動物組織中纖連蛋白fibronectin, FN 最早發(fā)現(xiàn)的細胞外基質 非膠原糖蛋白，廣泛存在于人和動物組織中，是高分子量 糖蛋白，因組織

31、不同、分化不同 而 糖含量：4.5% 9.5%細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用33細胞外基質中的非膠原性糖蛋白細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞纖連蛋白 有兩種存在形式：可溶性 纖連蛋白，存在于 血漿、各種體液，主要由肝實質細胞 分泌產生，稱：血漿纖連蛋白不溶性 纖連蛋白，存在于細胞外基質(包括 基底膜)、細胞表面，由 間質細胞 分泌產生，稱：細胞纖連蛋白1.纖連蛋白的分子結構各種纖連蛋白 均由相似的 亞單位(分子量220250kD)組成；血漿纖連蛋白 由兩條相似的 肽鏈形成 二聚體dimer(450kD)，兩條肽鏈在C端 形成二硫鍵交聯(lián)，呈V字形；細胞纖連蛋

32、白 為二聚體 交聯(lián)形成的 多聚體人體中 纖連蛋白亞基有20多種，是同一基因編碼，轉錄后拼接不同形成的 多種異型分子，具有不同生物學功能不同組織來源的纖連蛋白亞單位 在結構上稍有差別，每條肽鏈2450個左右aa，構成56個桿狀有特定功能的 結構域，結構域之間的短肽可以折細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用34纖連蛋白 有兩種存在形式：細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生 曲，對蛋白酶敏感；可通過胰蛋白酶水解，分離 結構域 進行研究研究證明，不同結構域 含不同大分子結合位點，與不同生物大分子或細胞表面受體結合，是多功能分子纖連蛋白 可結合：各型膠原、肝素、 凝血因子、

33、 纖維蛋白，細胞表面 整聯(lián)蛋白等纖連蛋白的肽鏈中 具有三肽序列 Arg-Gly-Asp (RGD)，是細胞表面 各種FN受體 識別并結合 最小單位， 但并非FN所特有纖連蛋白 在細胞表面的受體，是 整聯(lián)蛋白家族成員細胞外基質的主要組成成分FN電鏡人的FN分子：含有兩條相似多肽，兩多肽由C端 兩條 二硫鍵相連 醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用35 曲，對蛋白酶敏感；可通過胰蛋白酶水解，分離 結構域2.纖連蛋白的功能纖連蛋白 與細胞的形狀、黏著、遷移、增殖、分化 及創(chuàng)傷修復、腫瘤轉移 均關系密切介導細胞與細胞外基質間的黏著纖連蛋白分子的多結構域以及排列特點，使它同時跟多種細胞外基質 生

34、物大分子結合，并介導細胞與細胞外基質、細胞之間的相互黏著通過與 黏著斑的作用，調節(jié)細胞的形狀、細胞骨架的裝配，促進細胞鋪展，加速細胞的增殖和分化纖連蛋白與細胞的遷移細胞的遷移 依賴于細胞的黏附、去黏附，細胞骨架的組裝、去組裝在 黏著斑 處，整合素通過纖連蛋白 介導細胞與細胞外基質 黏附；并通過 黏著斑的 形成與解離，影響 細胞骨架的 組裝與去組裝，促進 細胞的 遷移運動細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用362.纖連蛋白的功能細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞胚胎發(fā)育早期，細胞分泌的大量 纖連蛋白，促進細胞遷移；如果注射 纖連蛋白抗體、或含RGD序列的短

35、肽 競爭結合，就阻斷 細胞遷移纖連蛋白在組織創(chuàng)傷修復中的作用血漿中的 纖連蛋白 能促進血液凝固、傷口面的修復在組織創(chuàng)傷修復中，血漿纖連蛋白結合血漿中纖維蛋白，在傷口處 吸引 成纖維細胞、平滑肌細胞、內皮細胞 向傷口遷移，形成 肉芽組織，然后形成 瘢痕；同時刺激上皮細胞增生，修復創(chuàng)面細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用37胚胎發(fā)育早期，細胞分泌的大量 纖連蛋白，促進細胞遷移；如果注3.纖連蛋白與疾病血漿纖連蛋白 主要來自肝細胞，少量來自 血管內皮細胞，當肝壞死、重度肝炎、肝硬化、肝癌時，血漿纖連蛋白顯著降低，血液凝固、創(chuàng)傷修復受到一定影響纖連蛋白 與腎小球腎炎 有

36、關，腎小球基底膜中 含有大量 纖連蛋白，當DNA、金黃色葡萄球菌、鏈球菌、膠原、纖維蛋白 的降解產物，直接或以 免疫復合物的形式，與纖連蛋白結合，沉積在腎小球基底膜上，引起腎小球腎炎而血漿中纖連蛋白 與上述降解產物、免疫復合物 結合，被巨噬細胞表面受體識別 而清除，對腎臟起保護作用在創(chuàng)傷修復中，局部 纖連蛋白過度表達，導致 瘢痕過度形成惡性腫瘤細胞表面的 纖連蛋白受體異常，細胞黏著能力下降，使細胞容易分散、轉移細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用383.纖連蛋白與疾病細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用培訓課件層

37、粘連蛋白是基膜的主要成分層粘連蛋白 laminin, LN 是胚胎發(fā)育過程中 出現(xiàn)最早的 細胞外基質成分，也是 基底膜 主要結構組分之一1.層粘連蛋白的分子結構是一種 高分子量 糖蛋白，含糖量1528%； 820850kD，70nm 長由、 三條不同肽鏈 組成的異三聚體，一條重鏈 與兩條輕鏈 、 借二硫鍵相連，呈 不對稱十字結構：三條短臂(N-端)、一條長臂。細胞外基質的主要組成成分-鏈球形結構域纏繞的 -螺旋結構域 domain -鏈-鏈醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用40層粘連蛋白是基膜的主要成分細胞外基質的主要組成成分-鏈球形 三條短臂 由三條肽鏈的N端序列構成，、 短臂上有

38、 2個球形結構域 和一個短桿區(qū)；短臂上有 23個球形結構域 及2個短桿區(qū)；長臂由3條肽鏈的 近C端肽鏈形成，鏈的C端 肽鏈高度卷曲 形成膨大球狀結構，是肝素結合區(qū)層粘連蛋白分子 存在多個不同結構域，可與IV型膠原、硫酸乙酰肝素、肝素、腦苷脂、神經節(jié)苷脂 等細胞外基質結合，以RGD序列結合整合素已證明 層粘連蛋白 至少有 8個 與細胞結合的位點，可與 上皮細胞、內皮細胞、成纖維細胞、神經元、神經鞘細胞、腫瘤細胞等 結合；層粘連蛋白上 還有與 化膿性鏈球菌等 原核細胞結合的位點層粘連蛋白 由附著在 基底膜上的 上皮細胞、內皮細胞，基底膜包繞的肌細胞 分泌產生層粘連蛋白是個 蛋白質大家族，已鑒定出

39、5種鏈、4種鏈、3種鏈；15種 不同的 層粘連蛋白分子；分布具有組織特異性，不同發(fā)育階段也表達不同分子；laminin8 在血管內皮、肌細胞基膜、胚胎中，表達豐富細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用41 三條短臂 由三條肽鏈的N端序列構成，、 短臂上2.層粘連蛋白的功能層粘連蛋白是 基底膜的 主要成分，構建組裝 基底膜的 基本框架層粘連蛋白上 有RGD三肽序列，可被 上皮細胞、內皮細胞、神經細胞、肌細胞、多種腫瘤細胞 識別結合，從而將細胞固定在 基底膜上，促進細胞生長，并鋪展成一定形態(tài)通過與細胞的相互作用，直接或間接 控制細胞活動，如 細胞黏附、遷移、分化、增殖

40、、凋亡、基因表達 等在早期胚胎發(fā)育中有重要意義：保持細胞間黏附、細胞極性、細胞分化層粘連蛋白 有助于神經元 體外存活，在缺乏神經生長因子情況下，促進 中樞及外周神經元軸突 生長細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用422.層粘連蛋白的功能細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細3.層粘連蛋白與疾病層粘連蛋白 在體內的合成、降解異常與許多疾病有關，如 糖尿病具有廣泛的 基底膜 改變；糖尿病性腎病 腎小球基底膜中 層粘連蛋白 含量降低，血清和尿中 出現(xiàn) 層粘連蛋白、 IV型膠原 的降解產物一些疾病 與層粘連蛋白 自身免疫反應 有關，如 鏈球菌感染 導致的 腎小球腎炎

41、患者，血中出現(xiàn) 抗層粘連蛋白 抗體，引起自身免疫反應，使 腎小球基底膜 受損在 擴張性心肌病、心肌炎 患者血中 檢測到 抗層粘連蛋白的抗體層粘連蛋白 促進腫瘤細胞的 生長、轉移細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用433.層粘連蛋白與疾病細胞外基質的主要組成成分醫(yī)學細胞生物學細基膜/基底膜 basal lamina或basement membrane 是細胞外基質的特化結構形式，是一種柔軟、堅韌的網膜基膜結構，一般厚40120 nm 基膜 位于上皮細胞或內皮細胞 基底部，起 支撐作用，或 包繞在 肌細胞、脂肪組織 周圍，將細胞與 結締組織 隔離；胚胎發(fā)育中 基膜為

42、細胞分離、分化 提供支架；成年人的基膜 參與增殖、分化、遷移和創(chuàng)傷組織修復基膜 是機體抵抗腫瘤轉移和侵襲的第一道防線基膜的組成成分基底膜的細胞外基質 成分，由上皮細胞和結締組織細胞 分泌產生，不同組織的基膜或基膜不同區(qū)域，組成成分有所不同；主要由4 種成分組成： IV型膠原、層粘連蛋白、巢蛋白、滲濾素細胞外基質的特化結構基底膜Basal lamina結締組織肌細胞膜結締組織Basal lamina上皮細胞Basal lamina內皮細胞血液醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用44基膜/基底膜 basal lamina或basement m1. IV型膠原構成基膜的框架，400nm長的螺

43、旋肽鏈結構，被非螺旋結構 隔斷24處，間隔處 為IV型膠原 分子提供了 柔韌性IV型膠原 分子通過C端 球狀頭部 之間的 非共價鍵，以及N端尾部的共價交聯(lián)，形成 基底膜 基本框架的 二維網絡結構2.層粘連蛋白是基膜中主要蛋白成分，呈現(xiàn) 非對稱十字結構，相互間 通過臂端部相連，裝配成二維纖維網絡結構，通過巢蛋白，與IV型膠原二維網絡相接；是結合細胞膜上整聯(lián)蛋白的配體，并將細胞與基膜緊密結合3.巢蛋白(entactin或nidogen)又稱 啞鈴蛋白，結合 層粘連蛋白 與 IV型膠原，并協(xié)助其他細胞外基質成分 結合基底膜，促進基底膜組裝細胞外基質的特化結構基底膜醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的

44、相互作用451. IV型膠原細胞外基質的特化結構基底膜醫(yī)學細胞生物學4.滲濾素(perlecan)滲濾素 是基底膜中 最豐富的蛋白聚糖，包含一個巨大的 多結構域的 核心蛋白(400kD)，結合有215條特異性 硫酸乙酰肝素鏈；滲濾素可結合膠原、層粘連蛋白等，及細胞表面蛋白，共同構成基膜網絡結構腎小球基底膜中的 滲濾素，對原尿生成有篩濾作用基膜的生物學功能是上皮細胞的支撐墊，在上皮組織與結締組織 之間起 結構連接作用；可調節(jié)分子通透性，是細胞運動的選擇性透過屏障，可阻止結締組織中細胞進入表皮；但允許淋巴細胞、巨噬細胞、神經元突觸 穿過基膜；基膜對分子的通透有高度選擇性，如 腎小球基底膜 參與原尿

45、的形成，阻擋血細胞和蛋白質的通過，起選擇性 篩濾作用對細胞形態(tài)、極性、代謝、細胞膜上蛋白質的分布、細胞生存、增殖分化、細胞遷移等 均具有重要作用細胞外基質的特化結構基底膜醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用464.滲濾素(perlecan)細胞外基質的特化結構基底膜47質膜內聯(lián)蛋白nidogen滲濾素perlecan整聯(lián)蛋白：在此作為laminin受體IV型膠原基膜的分子結構模型層粘連蛋白laminin細胞外基質的特化結構基底膜醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用4747質膜內聯(lián)蛋白nidogen滲濾素perlecan整聯(lián)蛋白組織是由細胞與細胞外基質共同組成，細胞控制細胞外基質

46、的合成和降解，決定細胞外基質的組成；細胞外基質對細胞各種結構和功能細胞外基質對細胞 生物學行為的影響細胞外基質對細胞具有 支持、連接、保護作用，還對細胞結構、功能有作用；存在了細胞外基質，細胞才能維持正常形態(tài)，行使正常功能細胞外基質影響細胞的形態(tài)結構細胞形態(tài)與生存環(huán)境密切相關，在不同細胞外基質上黏附和鋪展時，表現(xiàn)出不同形態(tài)細胞外基質 對細胞形態(tài)的決定作用，主要通過與細胞表面受體結合，影響細胞骨架的組裝和排列 來實現(xiàn)的細胞外基質影響細胞的生存與死亡人體大多類型細胞需要黏附在一定細胞外基質上 才能存活，上皮和內皮細胞 一旦脫離細胞外基質 就會凋亡失巢凋亡細胞外基質與細胞間的相互作用醫(yī)學細胞生物學細胞外基質和其和細胞的相互作用48組織是由細胞與細胞外基質共同組成，細胞控制細胞外基質的合成和細胞脫離細胞外基質，