【最新】细胞外基质

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1、细胞外基质编 辑 本 段细 胞 外 基 质 的 概 念细 胞 外 基 质 , extracellular matrixc,ECM,由 细 胞 分 泌 到 细 胞 外 间 质 中 的 大 分 子 物 质 ，构 成 复 杂 的 网 架 结 构 ， 支 持 并 连 接 组 织 结 构 、 调 节 组 织 的 发 生 和 细 胞 的 生 理 活 动 。在 生 物 学 、 细 胞 外 间 质 或 细 胞 外 基 质 (Extracellular matrix， ECM)是 动 物 组 织 的一 部 分 , 不 属 于 任 何 细 胞 。 细 胞 外 间 质 决 定 结 缔 组 织 的 特 性 。 细 胞

2、 外 基 质 是 由 动 物 细 胞合 成 并 分 泌 到 胞 外 、 分 布 在 细 胞 表 面 或 细 胞 之 间 的 大 分 子 , 主 要 是 一 些 多 糖 和 蛋 白 , 或 蛋 白 聚 糖 。 细 胞 外 基 质 对 于 一 些 动 物 组 织 的 细 胞 具 有 重 要 作 用 。分 布 于 细 胞 外 空 间 ， 由 细 胞 分 泌 的 蛋 白 和 多 糖 所 构 成 的 网 络 结 构 。 编 辑 本 段 细 胞 外 基 质 的 成 分细 胞 外 基 质 的 组 成 可 分 为 三 大 类 ： 糖 胺 聚 糖 (glycosaminoglycans)、 蛋 白 聚糖 (pr

3、oteoglycan), 它 们 能 够 形 成 水 性 的 胶 状 物 ， 在 这 种 胶 状 物 中 包 埋 有 许 多 其 它 的 基质 成 分 ； 结 构 蛋 白 ， 如 胶 原 和 弹 性 蛋 白 ， 它 们 赋 予 细 胞 外 基 质 一 定 的 强 度 和 韧 性 ； 粘 着 蛋 白 (adhesive):如 纤 粘 连 蛋 白 和 层 粘 联 蛋 白 ， 它 们 促 使 细 胞 同 基 质 结 合 。 其 中以 胶 原 和 蛋 白 聚 糖 为 基 本 骨 架 在 细 胞 表 面 形 成 纤 维 网 状 复 合 物 ,这 种 复 合 物 通 过 纤 粘连 蛋 白 或 层 粘 连

4、蛋 白 以 及 其 他 的 连 接 分 子 直 接 与 细 胞 表 面 受 体 连 接 ;或 附 着 到 受 体 上 。由 于 受 体 多 数 是 膜 整 合 蛋 白 ,并 与 细 胞 内 的 骨 架 蛋 白 相 连 ,所 以 细 胞 外 基 质 通 过 膜 整 合蛋 白 将 细 胞 外 与 细 胞 内 连 成 了 一 个 整 体 。构 成 细 胞 外 基 质 的 大 分 子 种 类 繁 多 ， 可 大 致 归 纳 为 四 大 类 ： 胶 原 、 非 胶 原 糖 蛋 白 、氨 基 聚 糖 与 蛋 白 聚 糖 、 以 及 弹 性 蛋 白 。上 皮 组 织 、 肌 组 织 及 脑 与 脊 髓 中

5、的 ECM 含 量 较 少 ， 而 结 缔 组 织 中 ECM 含 量 较高 。 细 胞 外 基 质 的 组 分 及 组 装 形 式 由 所 产 生 的 细 胞 决 定 ， 并 与 组 织 的 特 殊 功 能 需 要 相 适应 。 例 如 ， 角 膜 的 细 胞 外 基 质 为 透 明 柔 软 的 片 层 ， 肌 腱 的 则 坚 韧 如 绳 索 。 细 胞 外 基 质 不仅 静 态 的 发 挥 支 持 、 连 接 、 保 水 、 保 护 等 物 理 作 用 ， 而 且 动 态 的 对 细 胞 产 生 全 方 位 影 响 。编 辑 本 段 一 、 胶 原 （ collagen）胶 原 是 动 物

6、 体 内 含 量 最 丰 富 的 蛋 白 质 ， 约 占 人 体 蛋 白 质 总 量 的 30 以 上 。 它 遍布 于 体 内 各 种 器 官 和 组 织 ， 是 细 胞 外 基 质 中 的 框 架 结 构 ， 可 由 成 纤 维 细 胞 、 软 骨 细 胞 、成 骨 细 胞 及 某 些 上 皮 细 胞 合 成 并 分 泌 到 细 胞 外 。 目 前 已 发 现 的 胶 原 至 少 有 19 种 ， 由 不 同 的 结 构 基 因 编 码 ， 具 有 不 同 的 化 学 结 构及 免 疫 学 特 性 。 、 、 、 及 型 胶 原 为 有 横 纹 的 纤 维 形 胶 原 。各 型 胶 原 都

7、 是 由 三 条 相 同 或 不 同 的 肽 链 形 成 三 股 螺 旋 ， 含 有 三 种 结 构 ： 螺 旋 区 ， 非螺 旋 区 及 球 形 结 构 域 。 其 中 型 胶 原 的 结 构 最 为 典 型 。 型 胶 原 的 原 纤 维 平 行 排 列 成 较 粗 大 的 束 ， 成 为 光 镜 下 可 见 的 胶 原 纤 维 ， 抗 张 强 度超 过 钢 筋 。 其 三 股 螺 旋 由 二 条 1（ ） 链 及 一 条 2（ ） 链 构 成 。 每 条 链 约 含1050 个 氨 基 酸 残 基 ， 由 重 复 的 Gly-X-Y 序 列 构 成 。 X 常 为 Pro（ 脯 氨 酸

8、） ， Y 常 为羟 脯 氨 酸 或 羟 赖 氨 酸 残 基 。 重 复 的 Gly-X-Y 序 列 使 链 卷 曲 为 左 手 螺 旋 ， 每 圈 含 3个 氨 基 酸 残 基 。 三 股 这 样 的 螺 旋 再 相 互 盘 绕 成 右 手 超 螺 旋 ， 即 原 胶 原 。原 胶 原 分 子 间 通 过 侧 向 共 价 交 联 ， 相 互 呈 阶 梯 式 有 序 排 列 聚 合 成 直 径50200nm、 长 150nm 至 数 微 米 的 原 纤 维 ， 在 电 镜 下 可 见 间 隔 67nm 的 横 纹 。 胶 原原 纤 维 中 的 交 联 键 是 由 侧 向 相 邻 的 赖 氨 酸

9、 或 羟 赖 氨 酸 残 基 氧 化 后 所 产 生 的 两 个 醛 基 间 进行 缩 合 而 形 成 的 。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 间 的 交 联 而 易 于 抽 提 。 随 年 龄 增 长 ， 交 联 日 益 增 多 ， 皮 肤 、 血 管 及 各 种 组 织 变 得 僵 硬 ，成 为 老 化 的 一 个 重 要 特 征 。人 1（ ） 链 的 基 因 含 51 个 外 显 子 ， 因 而 基 因 转 录 后 的 拼 接 十 分 复 杂 。 翻 译 出的 肽 链 称 为

10、 前 链 ， 其 两 端 各 具 有 一 段 不 含 Gly-X-Y 序 列 的 前 肽 。 三 条 前 链 的 C端 前 肽 借 二 硫 键 形 成 链 间 交 联 ， 使 三 条 前 链 “对 齐 ”排 列 。 然 后 从 C 端 向 N 端 形 成三 股 螺 旋 结 构 。 前 肽 部 分 则 呈 非 螺 旋 卷 曲 。 带 有 前 肽 的 三 股 螺 旋 胶 原 分 子 称 为 前 胶 原（ procollagen） 。 胶 原 变 性 后 不 能 自 然 复 性 重 新 形 成 三 股 螺 旋 结 构 ， 原 因 是 成 熟 胶 原分 子 的 肽 链 不 含 前 肽 ， 故 而 不

11、能 再 进 行 “对 齐 ”排 列 。前 链 在 粗 面 内 质 网 上 合 成 ， 并 在 形 成 三 股 螺 旋 之 前 于 脯 氨 酸 及 赖 氨 酸 残 基 上 进行 羟 基 化 修 饰 ， 脯 氨 酸 残 基 的 羟 化 反 应 是 在 与 膜 结 合 的 脯 氨 酰 -4 羟 化 酶 及 脯 氨 酰 -3羟 化 酶 的 催 化 下 进 行 的 。 维 生 素 C 是 这 两 种 酶 所 必 需 的 辅 助 因 子 。 维 生 素 C 缺 乏 导致 胶 原 的 羟 化 反 应 不 能 充 分 进 行 ， 不 能 形 成 正 常 的 胶 原 原 纤 维 ， 结 果 非 羟 化 的 前

12、链 在 细 胞 内 被 降 解 。 因 而 ， 膳 食 中 缺 乏 维 生 素 C 可 导 致 血 管 、 肌 腱 、 皮 肤 变 脆 ， 易 出血 ， 称 为 坏 血 病 。胶 原 （ collagen） 是 细 胞 外 基 质 的 最 重 要 成 分 ， 目 前 已 发 现 至 少 19 型 胶 原 ， 但肝 脏 中 含 量 较 高 者 仅 包 括 、 、 、 、 、 和 型 。 正 常 人 肝 脏 的 胶 原 含 量 约为 5mg/g 肝 湿 重 ， / 型 胶 原 的 比 为 1： 1， 各 占 33%左 右 ； 肝 纤 维 化 和 肝 硬 化 时 肝脏 胶 原 含 量 可 增 加 数

13、 倍 ， 且 / 型 的 比 值 可 增 加 到 3： 1 左 右 。 根 据 胶 原 的 结 构 和 功能 可 将 其 分 为 7 类 ：1.纤 维 性 胶 原 （ fibril forming collagen） 这 是 最 经 典 的 胶 原 ， 如 、 、 和 型 胶 原 。 其 肽 链 长 达 1000 个 氨 基 酸 ， 是 结 缔 组 织 中 含 量 最 丰 富 的 胶原 。 前 胶 原 三 螺 旋 的 端 肽 被 切 除 后 纵 向 平 行 排 列 ， 其 中 每 个 胶 原 分 子 纵 向 稍 偏 移 ， 相 邻的 肽 链 形 成 共 价 键 交 联 从 而 形 成 微 纤

14、维 。 一 般 需 经 前 胶 原 肽 酶 （ procollagenpropeptidase） 将 羧 基 端 肽 去 除 后 才 能 形 成 胶 原 纤 维 ， 但 是 部 分 胶 原 可 以 带 有 氨 基 端 肽而 存 在 于 胶 原 纤 维 的 表 面 ， 以 阻 止 胶 原 纤 维 继 续 增 粗 ， 从 而 继 续 起 到 调 节 胶 原 纤 维 直 径的 作 用 。2.网 状 胶 原 （ network forming collagen） 如 、 和 型 胶 原 ， 主 要 分 布于 基 底 膜 中 。 与 纤 维 性 胶 原 不 同 ， 其 端 肽 不 被 去 除 。 两 条

15、 型 前 胶 原 肽 链 的 羧 基 端 肽（ NC1） 端 -端 相 连 形 成 二 聚 体 ， 四 条 前 胶 原 肽 链 的 氨 基 端 肽 （ 7S） 端 -端 形 成 四 聚 体 ，从 而 相 互 交 联 成 三 维 网 状 结 构 。 在 肝 脏 中 ， 型 胶 原 主 要 分 布 于 血 管 和 胆 管 的 基 底 层 ，而 且 还 分 布 于 汇 管 区 的 成 纤 维 细 胞 周 围 及 正 常 肝 血 窦 的 Disse 腔 中 。 型 胶 原 常 与弹 性 纤 维 一 起 分 布 于 肝 脏 的 汇 管 区 和 包 膜 中 ， 其 功 能 尚 不 清 楚 。3.微 丝 状

16、 胶 原 （ microfilament forming collagen） 目 前 此 组 只 包 括 M 型胶 原 。 其 肤 链 较 短 ， 仅 为 纤 维 性 胶 原 的 三 分 之 一 左 右 。 两 条 肤 链 反 向 平 行 排 列 ， 借 端 肤相 互 交 联 成 二 聚 体 ， 二 聚 体 冉 端 -端 相 连 聚 集 成 四 聚 体 。 许 多 四 聚 体 端 -端 相 接 形 成 状如 串 珠 的 微 丝 状 长 链 。 在 肝 脏 中 型 胶 原 分 布 于 汇 管 区 基 质 和 肝 血 卖 Disse 腔 隙 。 型 胶 原 通 常 分 布 在 型 和 型 胶 原 纤 维 之 间 ， 推 测 其 功 能 是 将 血 管 结 构 锚 定 到 间 质中 。 最 近 发 现 型 胶 原 对 多 种 上 皮 细 胞 和 间 质