细胞外基质作用机理

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1、细胞外基质EXTRACELLULARMATRIX,ECM本章内容提要第一节ECM的成分一、胶原二、纤粘连蛋白三、层粘连蛋白四、氨基聚糖及蛋白聚糖五、弹性蛋白第二节ECM的生物学作用机体的各种组织和器官都是由细胞核细胞外基质（ECM）共同组成的。ECM是指位于上皮或内皮细胞下层、结缔组织细胞周围，为组织、器官甚至整个机体的完整性提供力学支持和物理强度的物质。什么是ECM？骨细胞、软骨组织和结缔组织细胞外基质的扫描电镜照片左：骨细胞；中：软骨组织；右：结缔组织ECM的成分及组装形式由所产生的细胞决定，并与组织的功能相适应。如：角膜、肌腱。不同组

2、织的细胞分泌形成的ECM在特性上有显著的差异。能够分泌和形成ECM的主要细胞类群是成纤维细胞和少数其他特化组织的细胞。ECM是细胞外大分子构成的高度的有组织的网络结构。影响细胞的存活、死亡、增殖和分化。包括：胶原collagen、非胶原糖蛋白non-collagenglycoprotein、氨基聚糖与蛋白聚糖proteoglycan、弹性蛋白elastin等。结缔组织中含量较高。主要成分：不溶性的各类纤维（胶原和弹性蛋白）+可溶性的多聚体蛋白分子（蛋白聚糖和糖蛋白）。上皮组织的细胞外基质第一节ECM的成分一、胶原Collagen是人体最丰富

3、的蛋白，占蛋白总量的30％以上。ECM主要成分，属不溶性纤维蛋白质。功能：骨架结构，参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、皮肤；参与信号传递。组成：由原胶原tropocollagen交联而成。类型：已知至少20种胶原，由不同的结构基因编码。I、II、III、V、XI型胶原为有横纹的纤维形结构。各类胶原都有两个共同的特点∶①都是由三条肽链组成；②各类胶原蛋白的氨基酸组成完全不同，这在其他蛋白质中从未发现过。分子结构：胶原纤维的基本结构单位是原胶原。其肽链的一级结构具有(Gly-x-y)n重复序列，其中x常为脯氨酸(Pro)，y常为羟脯氨酸(Hy

4、pro)或羟赖氨酸(Hylys)。原胶原是由三条α-肽链组成的纤维状蛋白质，相互拧成三股螺旋状构型，长300nm，直径1.5nm。原胶原间共价交联，呈阶梯状排列，形成胶原纤维，在电镜下可见间隔67nm的横纹。新生儿的胶原交联程度低而易于抽提。老年人胶原交联程度高，组织僵硬老化。电镜照片所示的是鸡胚胎结缔组织的胶原纤维;图解是胶原的分子结构。合成：由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞分泌。在RER上合成，形成三股螺旋之前于Pro及Lys残基上进行羟基化修饰。羟化反应由脯氨酰4、脯氨酰3羟化酶催化。Vc是酶的辅助因子，Vc缺乏导致羟化反应

5、不能进行。非羟化的前α链在细胞内被降解。因而，膳食中缺乏Vc可导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血，称为坏血病。交联：由侧向相邻的lys或hyl残基氧化后所产生的两个醛基间进行缩合而成。脊椎动物中胶原的合成、装配与分泌胶原蛋白是在膜结合核糖体上起始合成的，然后进入内质网，通过内质网和高尔基体的加工修饰和装配，最后分泌到细胞外基质中胶原装配的主要步骤由前体肽装配成前胶原时，是通过分子内的交联完成的。而由胶原装配成胶原原纤维(collagenfibril)则是通过分子间的交联原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子

6、间的交联而易于抽提。随年龄增长，交联日益增多，组织僵硬老化。胶原的作用为细胞外基质提供了一个水不溶性的框架，决定细胞外基质的机械性质。某一特定组织的性能通常与胶原分子的三维结构有关。骨、腱和皮肤等组织的细胞外基质胶原含量高，刚性及抗张力大。胶原具有促进细胞生长的作用，如肝细胞等在含有胶原的培养基上生长较快。在细胞分化中，胶原基质和提纯的胶原底物具有维持并诱导细胞分化的作用。许多实验证明，某种细胞经过特异的粘连蛋白的介导，可以粘连到特定类型胶原上。许多上皮细胞和内皮细胞经层粘连蛋白的介导可与基膜中的Ⅳ型胶原粘连。过度松弛皮肤症这是1890年拍

7、摄的“弹性皮肤人”的照片，是由于胶原装配不正确引起的遗传综合症。在某些个体中，由于胶原酶缺陷而引起，因为胶原酶缺陷，不能将前胶原转变成胶原。如果编码胶原的基因发生突变，将导致胶原病。若影响到胶原纤维的正确装配，皮肤和其它各种结缔组织就会因此降低强度而变得非常的松弛。二、非胶原蛋白是细胞外基质成分的组织者，具有分别与细胞及其他ECM成分结合的多个结构域。功能：使细胞与ECM相互黏附，同时介导细胞的运动迁移，并在细胞分化和创伤修复中起重要作用。类型：纤黏连蛋白、层黏连蛋白、亲玻纤黏连蛋白、软骨黏连蛋白、凝血酶应答蛋白和vonwillebrand

8、因子等。I、纤粘连蛋白Fibronectin（FN）类型：血浆FN：V字形二聚体，可溶，存在于血浆、体液。细胞FN：多聚体，不溶，存在于ECM及细胞表面。已鉴定的FN亚单位20种