細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理

關(guān)于細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第一頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三本章內(nèi)容提要第一節(jié)ECM的成分一、膠原二、纖粘連蛋白三、層粘連蛋白四、氨基聚糖及蛋白聚糖五、彈性蛋白第二節(jié)ECM的生物學(xué)作用 第二頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三機(jī)體的各種組織和器官都是由細(xì)胞核細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）共同組成的。

ECM是指位于上皮或內(nèi)皮細(xì)胞下層、結(jié)締組織細(xì)胞周圍，為組織、器官甚至整個(gè)機(jī)體的完整性提供力學(xué)支持和物理強(qiáng)度的物質(zhì)。什么是ECM？第三頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三骨細(xì)胞、軟骨組織和結(jié)締組織細(xì)胞外基質(zhì)的掃描電鏡照片左：骨細(xì)胞；中：軟骨組織；右：結(jié)締組織ECM的成分及組裝形式由所產(chǎn)生的細(xì)胞決定，并與組織的功能相適應(yīng)。如：角膜、肌腱。不同組織的細(xì)胞分泌形成的ECM在特性上有顯著的差異。能夠分泌和形成ECM的主要細(xì)胞類群是成纖維細(xì)胞和少數(shù)其他特化組織的細(xì)胞。第四頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三ECM是細(xì)胞外大分子構(gòu)成的高度的有組織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。影響細(xì)胞的存活、死亡、增殖和分化。包括：膠原collagen、非膠原糖蛋白non-collagenglycoprotein、氨基聚糖與蛋白聚糖proteoglycan、彈性蛋白elastin等。第五頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三結(jié)締組織中含量較高。主要成分：不溶性的各類纖維（膠原和彈性蛋白）+可溶性的多聚體蛋白分子（蛋白聚糖和糖蛋白）。第六頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三上皮組織的細(xì)胞外基質(zhì)

第七頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三第一節(jié)ECM的成分第八頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、膠原Collagen是人體最豐富的蛋白，占蛋白總量的30％以上。ECM主要成分，屬不溶性纖維蛋白質(zhì)。功能：骨架結(jié)構(gòu)，參與形成結(jié)締組織，如骨、韌帶、基膜、皮膚；參與信號(hào)傳遞。組成：由原膠原tropocollagen交聯(lián)而成。類型：已知至少20種膠原，由不同的結(jié)構(gòu)基因編碼。I、II、III、V、XI型膠原為有橫紋的纖維形結(jié)構(gòu)。第九頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三各類膠原都有兩個(gè)共同的特點(diǎn)∶①都是由三條肽鏈組成；②各類膠原蛋白的氨基酸組成完全不同，這在其他蛋白質(zhì)中從未發(fā)現(xiàn)過(guò)。第十頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三分子結(jié)構(gòu)：膠原纖維的基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原。其肽鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)具有(Gly-x-y)n重復(fù)序列，其中x常為脯氨酸(Pro)，y常為羥脯氨酸(Hypro)或羥賴氨酸(Hylys)。原膠原是由三條α-肽鏈組成的纖維狀蛋白質(zhì)，相互擰成三股螺旋狀構(gòu)型，長(zhǎng)300nm，直徑1.5nm。第十一頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三原膠原間共價(jià)交聯(lián)，呈階梯狀排列，形成膠原纖維，在電鏡下可見(jiàn)間隔67nm的橫紋。新生兒的膠原交聯(lián)程度低而易于抽提。老年人膠原交聯(lián)程度高，組織僵硬老化。第十二頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三電鏡照片所示的是雞胚胎結(jié)締組織的膠原纖維;圖解是膠原的分子結(jié)構(gòu)。第十三頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三合成：由成纖維細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、上皮細(xì)胞分泌。在RER上合成，形成三股螺旋之前于Pro及Lys殘基上進(jìn)行羥基化修飾。羥化反應(yīng)由脯氨酰4、脯氨酰3羥化酶催化。Vc是酶的輔助因子，Vc缺乏導(dǎo)致羥化反應(yīng)不能進(jìn)行。非羥化的前α鏈在細(xì)胞內(nèi)被降解。因而，膳食中缺乏Vc可導(dǎo)致血管、肌腱、皮膚變脆，易出血，稱為壞血病。交聯(lián)：由側(cè)向相鄰的lys或hyl殘基氧化后所產(chǎn)生的兩個(gè)醛基間進(jìn)行縮合而成。第十四頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三

脊椎動(dòng)物中膠原的合成、裝配與分泌膠原蛋白是在膜結(jié)合核糖體上起始合成的，然后進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的加工修飾和裝配，最后分泌到細(xì)胞外基質(zhì)中第十五頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三

膠原裝配的主要步驟由前體肽裝配成前膠原時(shí)，是通過(guò)分子內(nèi)的交聯(lián)完成的。而由膠原裝配成膠原原纖維(collagenfibril)則是通過(guò)分子間的交聯(lián)第十六頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三原膠原共價(jià)交聯(lián)后成為具有抗張強(qiáng)度的不溶性膠原。胚胎及新生兒的膠原因缺乏分子間的交聯(lián)而易于抽提。隨年齡增長(zhǎng)，交聯(lián)日益增多，組織僵硬老化。膠原的作用為細(xì)胞外基質(zhì)提供了一個(gè)水不溶性的框架，決定細(xì)胞外基質(zhì)的機(jī)械性質(zhì)。某一特定組織的性能通常與膠原分子的三維結(jié)構(gòu)有關(guān)。骨、腱和皮膚等組織的細(xì)胞外基質(zhì)膠原含量高，剛性及抗張力大。膠原具有促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的作用，如肝細(xì)胞等在含有膠原的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)較快。在細(xì)胞分化中，膠原基質(zhì)和提純的膠原底物具有維持并誘導(dǎo)細(xì)胞分化的作用。許多實(shí)驗(yàn)證明，某種細(xì)胞經(jīng)過(guò)特異的粘連蛋白的介導(dǎo)，可以粘連到特定類型膠原上。許多上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞經(jīng)層粘連蛋白的介導(dǎo)可與基膜中的Ⅳ型膠原粘連。第十七頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三過(guò)度松弛皮膚癥

這是1890年拍攝的“彈性皮膚人”的照片，是由于膠原裝配不正確引起的遺傳綜合癥。在某些個(gè)體中，由于膠原酶缺陷而引起，因?yàn)槟z原酶缺陷，不能將前膠原轉(zhuǎn)變成膠原。如果編碼膠原的基因發(fā)生突變，將導(dǎo)致膠原病。若影響到膠原纖維的正確裝配，皮膚和其它各種結(jié)締組織就會(huì)因此降低強(qiáng)度而變得非常的松弛。第十八頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、非膠原蛋白是細(xì)胞外基質(zhì)成分的組織者，具有分別與細(xì)胞及其他ECM成分結(jié)合的多個(gè)結(jié)構(gòu)域。功能：使細(xì)胞與ECM相互黏附，同時(shí)介導(dǎo)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)遷移，并在細(xì)胞分化和創(chuàng)傷修復(fù)中起重要作用。類型：纖黏連蛋白、層黏連蛋白、親玻纖黏連蛋白、軟骨黏連蛋白、凝血酶應(yīng)答蛋白和vonwillebrand因子等。第十九頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三I、纖粘連蛋白Fibronectin（FN）類型：血漿FN：V字形二聚體，可溶，存在于血漿、體液。細(xì)胞FN：多聚體，不溶，存在于ECM及細(xì)胞表面。已鑒定的FN亞單位20種以上。由同一基因編碼，轉(zhuǎn)錄后拼接不同，形成多種異型分子。結(jié)構(gòu)：含糖4.5－9.5％。每條FN有5－7個(gè)有特定功能的結(jié)構(gòu)域FN是一種大的纖維狀糖蛋白，由兩個(gè)亞單位構(gòu)成二聚體，兩條肽鏈的C端以二硫鍵共價(jià)相連，形成“V”形分子。

第二十頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三FN是一種高相對(duì)分子質(zhì)量的粘附性的糖蛋白，廣泛存在于動(dòng)物界，包括海綿、海膽及哺乳動(dòng)物類。每個(gè)FN亞基上有與膠原、細(xì)胞表面受體、血纖蛋白和硫酸蛋白多糖高親和結(jié)合的位點(diǎn)。RGD序列:FN中與細(xì)胞結(jié)合的結(jié)構(gòu)域中的Arg-Gly-Asp三肽序列

第二十一頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三fibronectindimer組裝：不自發(fā)組裝成，受細(xì)胞表面受體指導(dǎo)。腫瘤細(xì)胞表面FN減少，因受體異常所致。第二十二頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三功能：介導(dǎo)細(xì)胞粘著，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的形狀和細(xì)胞骨架的組織，促進(jìn)細(xì)胞鋪展；FN可將細(xì)胞連接到ECM上；FN上的RGD（Arg-Gly-Asp）序列可與細(xì)胞表面的整合素結(jié)合。影響細(xì)胞的遷移；在正常組織里，細(xì)胞是由多種多樣的糖蛋白粘連起來(lái)，并約束在一個(gè)固定的位置上，主要是靠FN來(lái)維持其穩(wěn)定狀態(tài)。在胚胎發(fā)生過(guò)程中，纖連蛋白對(duì)于許多類型細(xì)胞的遷移和分化是必需的。在創(chuàng)傷修復(fù)中，纖連蛋白促進(jìn)巨噬細(xì)胞和其它免疫細(xì)胞遷移到受損部位。在血凝塊形成中，纖連蛋白促進(jìn)血小板附著于血管受損部位。人工合成的RGD三肽可抑制細(xì)胞在FN基質(zhì)上粘附。第二十三頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三Fibronectinhelpsconnecttheinsideofthecelltotheoutside第二十四頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三II、層粘連蛋白laminin(LN)結(jié)構(gòu)：由3條肽鏈借二硫鍵交聯(lián)成十字形分子。已知7種LN，8種亞單位（α1-3、β1-3、γ1-2）。與FN不同，這8種亞單位由不同基因編碼。含糖量很高（15-28％），具有50條左右N-連接的糖鏈。細(xì)胞通過(guò)LN錨定于基膜上，至少存在兩個(gè)不同的受體結(jié)合部位：與Ⅳ型膠原的結(jié)合部位；與細(xì)胞質(zhì)膜上的整合素結(jié)合的Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列。第二十五頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三層粘連蛋白的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)不對(duì)稱的十字形，由一條長(zhǎng)臂和三條相似的短臂構(gòu)成。β1和β2短臂上有兩個(gè)球形域，α鏈上的短臂有三個(gè)球形結(jié)構(gòu)域，其中有一個(gè)結(jié)構(gòu)域同Ⅳ型膠原結(jié)合，第二個(gè)結(jié)構(gòu)域同肝素結(jié)合，還有同細(xì)胞表面受體結(jié)合的結(jié)構(gòu)域第二十六頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三層粘連蛋白是基膜(basallamina)的主要結(jié)構(gòu)成分?；な且环N復(fù)合的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)，通常位于上皮和內(nèi)皮的基底面，是細(xì)胞外基質(zhì)的特異區(qū)，將細(xì)胞層和其下的結(jié)締組織分開(kāi)。典型的基膜厚約50nm，有些基膜的厚度達(dá)200nm。形成基膜的組織和細(xì)胞:①肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的表面;②上皮組織基底面的下方，如皮膚上皮的下表面;③血管內(nèi)皮細(xì)胞的下表面。此外，施旺細(xì)胞(Schwanncells)的表面也有基膜。第二十七頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三結(jié)構(gòu):基膜是由不同的蛋白纖維組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，LN是基膜的主要成分，也是基膜的組織者，而Ⅳ型膠原則是基膜的網(wǎng)狀鋼架。功能:

基膜不僅對(duì)組織結(jié)構(gòu)起支持作用，同時(shí)也是滲透性的障礙，調(diào)節(jié)分子和細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)第二十八頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三LN的功能：組成基膜，是胚胎發(fā)育中最早出現(xiàn)的ECM。LN分子中具有與Ⅳ型膠原、細(xì)胞表面、及其它的蛋白聚糖結(jié)合的位點(diǎn)。在基膜中，主要功能就是作為基膜的主要結(jié)構(gòu)成分對(duì)基膜的組裝起關(guān)鍵作用，在細(xì)胞表面形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并將細(xì)胞固定在基膜上。LN還有許多其他的作用，如在細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中刺激細(xì)胞粘著、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。LN還能夠刺激胚胎中神經(jīng)軸的生長(zhǎng)，并促進(jìn)成年動(dòng)物的神經(jīng)損傷后再生。如同纖粘連蛋白，細(xì)胞外的LN能夠影響細(xì)胞的生長(zhǎng)、遷移和分化。第二十九頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三四、氨基聚糖及蛋白聚糖1．氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）是重復(fù)二糖單位構(gòu)成的無(wú)分枝長(zhǎng)鏈多糖。因二糖單位之一常為氨基糖（N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖）而得名。二糖單位通常由氨基已糖和糖醛酸組成。可分為六種：透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角質(zhì)素。透明質(zhì)酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG，含多達(dá)10萬(wàn)個(gè)糖基。可結(jié)合大量水分子，賦予組織一定的抗壓性。第三十頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三氨基聚糖的分子特性及分布第三十一頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三2．蛋白聚糖proteoglycan是氨基聚糖（除HA）與核心蛋白的絲氨酸殘基共價(jià)連接的結(jié)合物。核心蛋白質(zhì)的Ser殘基在高爾基體中裝配上GAG鏈。首先合成由四糖組成的連接橋（Xyl-Gal-Gal-GlcUA）連接到Ser殘基上，然后再延長(zhǎng)糖鏈。第三十二頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三左蛋白聚糖；中蛋白聚糖多聚體；右氨基聚糖

第三十三頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三除HA及肝素外，其他GAG均不游離存在。HA以非共價(jià)鍵連接許多蛋白聚糖單體形成多聚體。如透明質(zhì)酸同糖胺聚糖和核心蛋白組成軟骨組織的蛋白聚糖復(fù)合物，稱為透明質(zhì)酸-蛋白聚糖復(fù)合物。在這種復(fù)合物中，透明質(zhì)酸作為一個(gè)長(zhǎng)軸，將蛋白聚糖連接在一起，形成更大的更復(fù)雜的蛋白聚糖，使細(xì)胞外基質(zhì)具有更大的抗壓性。HA在軟骨組織ECM的蛋白聚糖中的作用第三十四頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白聚糖和透明質(zhì)酸-蛋白聚糖復(fù)合物直接與膠原纖維連接形成動(dòng)物細(xì)胞外的纖維-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同類型的膠原和不同類型的蛋白聚糖連接形成不同的纖維-網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于提高細(xì)胞外基質(zhì)的連貫性起關(guān)鍵作用。第三十五頁(yè)，共四十頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白聚糖的特性與功能顯著特點(diǎn)是多態(tài)性：不同的核心蛋白,不同的氨基聚糖；軟骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一,賦予軟骨以凝膠樣特性和抗變形能力；蛋白聚糖可視為細(xì)胞外的激素富集與儲(chǔ)存庫(kù)，可與多種生長(zhǎng)因子結(jié)合，完成信號(hào)的傳導(dǎo)。第三十六頁(yè)，