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第十章  细胞外基质 EXTRACELLULAR MATRIX 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 ECM(extracellular matrix)是细胞外大分子构成的网络。 包括：胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、弹性蛋白等。 ECM在结缔组织中含量较高。 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。 ECM影响细胞的存活、死亡、增殖和分化。 MACROMOLECULAR ORGANIZATION OF ECM 第一节 ECM的成分 一、胶原Collagen 组成： 由原胶原交联而成，原胶原是三条肽链形成的三股螺旋，含有三种结构：螺旋区，非螺旋区及球形结构域。 原胶原的每条链由重复的Gly-X-Y序列构成。X=pro，Y=hyp或hyl，Gly-X-Y序列使α链卷曲为左手螺旋。三股链再绕成右手超螺旋。 Structures of the collagen 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。 TEM image of collagen 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。 羟化反应的催化剂为脯氨酰4羟化酶和脯氨酰3羟化酶。 维生素C是这两种酶所必需的辅助因子，VC缺乏导致坏血病。 交联：交联键是由侧向相邻的赖氨酸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，组织僵硬老化。 类型： 已知至少19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。 是人体最丰富的蛋白，占蛋白总量的30％以上。 功能：参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、皮肤。 Collagen 二、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种以上。由同一基因编码，转录后拼接不同，形成多种异型分子。 结构： 含糖4.5－9.5％。 每条FN有5－7个有特定功能的结构域。 组装： FN不自发组装成纤维，通过细胞表面受体指导下进行。 肿瘤细胞表面的FN纤维减少，因细胞表面的FN受体异常所致。 功能： FN可将细胞连接到ECM上；FN上的RGD（Arg-Gly-Asp）序列可与细胞表面的整合素结合。 人工合成的RGD三肽可抑制细胞在FN基质上粘附。 Fibronectin helps connect the inside of the cell to the outside 三、层粘连蛋白 laminin(LN) 结构： 由三条肽链借二硫键交联成十字形分子。 已知7种LN分子，8种亚单位（α1-3、β1-3、γ1-2）。与FN不同，这8种亚单位由不同基因编码。 含糖量很高（15-28％），具有50条左右N-连接的糖链。 功能： 参与构成基膜，是胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分。 四、氨基聚糖及蛋白聚糖 1．氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG） GAG是重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。 二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成。 可分为六种：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。 透明质酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG，含多达10万个糖基。可结合大量水分子，赋予组织一定的抗压性。 2．蛋白聚糖 proteoglycan A Proteoglycan Complex. 五、弹性蛋白 elastin 是弹性纤维的主要成分。由二类短肽交替排列构成。 一种是疏水短肽，赋予分子以弹性； 另一种为富Ala及Lys残基的α螺旋，负责在相邻分子间交联，形成网状结构。 弹性蛋白外面包着一层由微原纤维（糖蛋白）构成的壳。 老年组织中弹性蛋白的生成减少，降解增强，以致组织失去弹性。 第二节 细胞外基质的生物学作用 1．影响细胞的存活、死亡 定着依赖性：如，上皮细胞一旦脱离了ECM则会发生anoikis。 2．决定细胞的形状 不同细胞具有不同的细胞外基质，介导的细胞骨架组装的状况不同，从而表现出不同的形状。 3．调节细胞的增殖 定着依赖性生长（anchorage dependent growth）。 4．控制细胞的分化 如，成肌细胞在纤粘连蛋白上增殖并保持未分化的表型；而在层粘连蛋白上则停止增殖，进行分化，融合为肌管。 5．参与细胞的迁移 细胞的迁移依赖于细胞