细胞外基质讲解

1、细胞外基质讲解 细胞外基质成分及其细胞表面受体示意图Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质凝胶样基质纤维网架糖胺聚糖和蛋白聚糖胶原和弹性蛋白：结构作用纤连蛋白和层粘连蛋白：黏着作用成分：含量：结缔组织中细胞外基质含量最大。 Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质（extracellular matrix, ECM）：是由细胞分泌到细胞外空间，由蛋白和多糖构成

2、的精密有序的网络结构。细胞外基质概述第一节 细胞外基质的主要组成成分 一、糖胺聚糖与蛋白聚糖二、胶原和弹性蛋白纤连蛋白层粘连蛋白三、非胶原糖蛋白第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页(一)糖胺聚糖 （glycosaminoglycan, GAG）糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的直链多糖；一、糖胺聚糖与蛋白聚糖Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用硫酸皮肤素GAG链的二糖重复序列

3、二糖单位：氨基糖(N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖)；糖醛酸(葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸)； 因糖残基上通常带有硫酸基团或羧基，故糖胺聚糖带有大量负电荷 。其根据糖残基的性质、连接方式、硫酸化数量和存在的部位，糖胺聚糖可分为六种：硫酸乙酰肝素（heparan sulfate，HS）肝素（heparin）硫酸角质素（keratan sulfate，KS）透明质酸（hyaluronic acid，HA)硫酸软骨素（chondroitin sulfate，CS）硫酸皮肤素（dermatan sulfate，DS）Extracellular Matrix and Matrix-Cell Intera

4、ction退 出首 页(一)糖胺聚糖 （glycosaminoglycan, GAG）第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用糖胺聚糖的分子特性及组织分布糖胺聚糖重复二糖单位组织分布透明质酸D-葡萄糖醛酸N-乙酰氨基葡萄糖结缔组织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体硫酸软骨素D-葡萄糖醛酸N-乙酰氨基半乳糖软骨、角膜、骨、皮肤、动脉硫酸皮肤素L-葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸*N-乙酰氨基半乳糖皮肤、血管、心瓣膜、韧带硫酸乙酰肝素D-葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸*N-乙酰氨基葡萄糖肺、动脉、细胞表面肝素D-葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸*N-乙酰氨基葡萄糖肺、肝、皮肤、肥大细胞硫酸角质素D-半乳糖N-乙酰氨基葡萄糖软骨、角膜

5、、椎间盘注：*艾杜糖醛酸是由差向异构酶催化糖链中的D-葡萄糖醛酸进行差向异构化而生成的Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用(二)蛋白聚糖（proteoglycan，PG）1. 蛋白聚糖的分子结构 蛋白聚糖是由糖胺聚糖 (除透明质酸外)与核心蛋白（core protein）共价结合形成的高分子量复合物。核心蛋白（单链多肽）糖胺聚糖 蛋白聚糖单体透明质酸连接蛋白蛋白聚糖多聚体Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一

6、章 细胞外基质及其与细胞的相互作用 A.细胞外基质中蛋白聚糖多聚体 B.软骨中的蛋白聚糖电镜照片Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用 2. 蛋白聚糖的合成与装配核心蛋白肽链在糙面内质网核糖体上合成；多糖侧链在高尔基复合体中被装配到核心蛋白上。 装配：首先是一个专一的连接四糖（Xyl-Gal-Gal-GlcUA）结合到核心蛋白的丝氨酸残基，在糖基转移酶（glycosyltransferases）的作用下，糖基依次加接上去，形成糖胺聚糖糖链。蛋白聚糖的一个显著特点是其多态性，可以含有不同

7、氨基酸序列的核心蛋白，以及长度和成分不同的多糖链。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用蛋白聚糖中的GAG链与核心蛋白的连接方式 几种常见的蛋白聚糖蛋白聚糖名称核心蛋白分子量GAG链类型GAG链数目分 布功 能聚集素(aggrecan)210 000硫酸软骨素+硫酸角质素130软骨机械支持；与透明质酸形成大的聚合体乙聚糖(betaglycan)36 000硫酸软骨素/硫酸皮肤素1细胞表面和胞外基质结合TGF-装饰素(decorin)40 000硫酸软骨素/硫酸皮肤素1结缔组织与I型胶原

8、原纤维和TGF-结合渗滤素(perlecan)600 000硫酸类肝素215基底膜在基底膜中起过滤和结构作用丝甘素(serglycin)20 000硫酸软骨素/硫酸皮肤素1015血白细胞中的分泌泡协助包装和贮存分泌分子黏结蛋白聚糖-1 (syndecan-1)32 000硫酸软骨素+硫酸类肝素13成纤维细胞和上皮细胞表面细胞粘合；结合FGFExtracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用(三)糖胺聚糖与蛋白聚糖的功能使组织具有弹性和抗压性，维持组织的形态，防止机械损伤；对物质转运有选择渗透性，糖

9、基的高度亲水性和负电性，构成高度水化孔胶样物，具有分子筛作用，各种成分可选择性渗透； 角膜中蛋白聚糖具有透光性；糖胺聚糖有抗凝血作用；5. 细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用，黏结蛋白聚糖 的胞外区与信号分子结合，将细胞外信号传递到细胞 内，引起细胞内生物学效应；6. 糖胺聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关，糖胺聚糖和蛋 白聚糖的种类和数量随年龄而变动，与发育过程中组 织功能相适应。 Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用(四)糖胺聚糖和蛋白聚糖与疾病糖胺聚糖或蛋白聚糖及其降解中间产物在体内一

10、定部位堆积，造成粘多糖累积病。糖胺聚糖的变化和蛋白聚糖分子的异常表达对肿瘤的发生、发展及转移有着重要意义。 Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用面容丑陋，船型头，头大，浓眉大眼，前额和双颧突出，毛发多而发际低，鼻梁低平，鼻孔大，下颌较小，唇厚；骨骼畸形，身材矮小，成人身高常低于120cm, 脊柱后凸或侧凸，常见膝外翻、爪状手；智力低下；眼部病变；常见肝脾肿大、耳聋、心瓣膜损伤、动脉硬化等。二、胶原与弹性蛋白(一)胶原（collagen）含量：人体内含量最丰富的蛋白质，约占人体蛋白质总

11、量的 25%30。分布：存在于体内各种器官和组织，尤其在结缔组织中特别 丰富，是细胞外基质的框架结构。来源：由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞以及某些上皮细 胞合成并分泌到细胞外。 Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用1. 胶原的分子结构 典型的胶原分子呈纤维状，是由3条相同或者不同的多肽链盘绕而 成的三股螺旋（triple helix）结构； 肽链中的氨基酸组成规律的三肽重复顺序（Gly-X- Y），其中 X常为Pro，Y常为Hypro或Hylys。Extracellular Mat

12、rix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页二、胶原与弹性蛋白第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用甘氨酸Gly脯氨酸Pro羟化赖氨酸Lys羟化、选择性糖基化肽链相互交联，形成稳定的螺旋结构 胶原主要类型及其特性类型分子式聚合形式组织分布突变表型1(I)22(I)纤维皮肤，肌腱，骨，韧带、角膜等严重的骨缺陷和断裂1(II)3纤维软骨，脊索，玻璃体等软骨缺陷、矮小症状1(III)3纤维皮肤，血管、体内器官 皮肤易破、关节松软、血管易破1()22()纤维（结合型胶原）与型胶原共分布皮肤易破、关节松软、血管易破1() 2() 3()纤维（结合型胶原）与型胶原共分布近视

13、、失明1() 2() 3()与型胶原侧面结合软骨骨关节炎1(IV)22(IV)片层状（形成网络）基膜血管球形肾炎、耳聋1()3锚定纤维复层鳞状上皮下方皮肤起疱1()3非纤维状半桥粒皮肤起疱1()3非纤维状血管基膜近视、视网膜脱离、脑积水注：分子式一栏中罗马数字代表胶原类型，1，2，3分别代表肽链类型，中括号外的数字代表肽链数目。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用内质网合成前-链；前-链羟化；前-链糖基化；三条前-链形成三股螺旋结构前胶原；转运至高尔基体加工修饰；形成分泌小泡，分泌到

14、细胞外；切除前肽序列，形成胶原分子；进一步装配成胶原原纤维；胶原原纤维聚集成胶原纤维。 胶原的合成与装配 3.胶原的合成装配与降解Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用始于内质网，高尔基体中进行修饰，细胞外组装成胶原纤维。 胶原分子可被胶原酶（collagenase）降解，胶原酶的活化与抑制对于调节胶原的转换率具有重要作用。创伤组织、癌变组织中胶原酶活性显著增高。 胶原的降解Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十

15、一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用4. 胶原的功能 胶原在不同组织中行使不同的功能哺乳动物皮肤中的胶原编织成网，具有抗衡来自不同方向的张力的作用。肌腱中的胶原纤维沿着肌腱的长轴平行排列，使肌腱具有很强的韧性，能够承受巨大的拉力。在骨、角膜和横膈肌腱中，胶原纤维形成胶合板样多片层结构，使角膜既透明又具有一定强度。IV型胶原以三维网络形式构成各种上皮细胞基底膜的网架结构。 Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用 A. 胶原装成基膜的网架（引自Alberts） B.电镜照片（引自 Karp

16、 1999） ABExtracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用 胶原与细胞的增殖和分化有关胶原有刺激上皮细胞增殖的作用，是细胞贴附的重要基质成分。胶原还起着诱导细胞分化的作用。 哺乳动物在发育的不同阶段表达不同类型的胶原在胎儿皮肤中含有大量的型胶原，随着发育的进程，型胶原逐渐被型胶原取代。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用5. 胶原与疾病 胶原与多种疾病或病理过程有关。组织中胶原

17、的含量、结构、类型或代谢异常而导致的疾病称为胶原病(collagen disease)。维生素C缺乏导致坏血病：维生素C缺乏可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，导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血，称为坏血病。遗传性胶原病：基因突变引起胶原分子的表达或胶原装配异常，如成骨发育不全综合征。免疫性胶原病：机体丧失对自身胶原结构的免疫耐受，即可产生自身免疫性胶原组织损伤，如类风湿性关节炎Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用(二)弹性蛋白 弹性蛋白（elastin）是构成

18、细胞外基质中弹性纤维网络的主要成分。 1.弹性蛋白结构特点：高度疏水的非糖基化纤维蛋白，富含甘氨酸和脯氨酸，但很少羟化，不含羟赖氨酸，无糖基化修饰。不含胶原特有的三肽（Gly-X-Y）重复序列，呈无规则卷曲。肽链由两种类型短肽交替排列构成，各由一个外显子编码。疏水性短肽，赋予分子以弹性。富含丙氨酸和赖氨酸残基的-螺旋短肽，负责在相邻分子间形成交联。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用弹性蛋白网络的伸展和回缩 Extracellular Matrix and Matrix-Cell I

19、nteraction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用2.弹性蛋白的合成、装配与降解 弹性蛋白的合成、装配弹性蛋白在内质网合成后，以可溶性前体原弹性蛋白（tropoelastin）的形式分泌到细胞外，通过赖氨酸残基之间相互交联装配成弹性纤维网 。弹性纤维网既可伸长又可回缩 ，共存于组织细胞外基质中的弹性纤维与胶原纤维相互交织，分别赋予组织弹性和抗张性。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用 弹性蛋白的降解 由弹性蛋白酶（elastase）催化。三、细胞外基质中的非胶原

20、糖蛋白非胶原糖蛋白是多功能大分子，在结构上具有多个结构域，可与多种细胞及细胞外基质成分结合，是细胞外基质的组织者。(一)纤连蛋白（fibronectin, FN）分布：广泛存在于人和动物组织中，属于高分子量糖蛋白。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用存在形式：可溶性的纤连蛋白：主要存在于血浆及各种体液中，主要由肝实质细胞分泌产生，称为血浆纤连蛋白。不溶性的纤连蛋白：主要存在于细胞外基质及细胞表面，主要由间质细胞分泌产生，称为细胞纤连蛋白。 1.纤连蛋白的分子结构血浆纤连蛋白是由两条相

21、似的肽链形成的二聚体，两条肽链在C端借二硫键交联形成V字形。 细胞纤连蛋白为由二聚体交联后形成的多聚体。 构成纤连蛋白分子的不同肽链结构亚单位具有极为相似的氨基酸序列，每一肽链亚单位可构成线性排列的56个杆状的功能区。不同的杆状功能区可分别与不同的生物大分子或细胞表面受体结合，如胶原、肝素、凝血蛋白及整联蛋白等，是一种多功能分子。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用纤连蛋白二聚体的分子结构 Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interactio

22、n退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用纤连蛋白肽链中的Arg-Gly-Asp（RGD）三肽序列是细胞表面各种纤连蛋白受体识别并结合的最小结构单位。 RGD序列：是指存在于纤连蛋白和某些细胞外基质蛋白肽链中的“精氨酸（R）-甘氨酸（G）-天冬氨酸（D）”三肽序列。可被细胞表面一些整联蛋白所识别，并与之结合。纤连蛋白细胞表面受体 ：整联蛋白家族成员，是一种高分子量的穿膜糖蛋白，由、两条多肽链组成的异源二聚体 ，在其细胞外功能区有与RGD序列高亲和性结合部位 ； Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞

23、外基质及其与细胞的相互作用 介导细胞与细胞外基质间的黏着：通过黏着斑的作用，调节细胞的形状和细胞骨架的装配，促进细胞的铺展，加速细胞的增殖与分化;纤连蛋白与细胞的迁移：细胞通过黏着斑的形成与解离，影响细胞骨架的组装与去组装，促进细胞的迁移运动;纤连蛋白在组织创伤修复中的作用：血浆中的纤连蛋白能促进血液凝固和创伤面的修复;2. 纤连蛋白的功能Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用纤连蛋白与肾小球肾炎发生有关。在创伤愈合过程中，组织局部的纤连蛋白过度表达，可导致瘢痕过度形成。在恶性肿瘤中，

24、细胞表面的纤连蛋白受体异常，细胞黏着能力下降，使细胞容易分散和转移。 3.纤连蛋白与疾病Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用层粘连蛋白（laminin，LN）：胚胎发育过程中出现最早的细胞外基质成分，同时也是基膜的主要结构组分之一。存在部位：上皮下和内皮下紧靠细胞基底部，还存在于肌 细胞和脂肪细胞周围。来源：由附着在基膜上的上皮细胞和内皮细胞以及被基膜 包绕的肌细胞等分泌产生。(二)层粘连蛋白Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interacti

25、on退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用1.层粘连蛋白的分子结构 层粘连蛋白是一种高分子量糖蛋白；层粘连蛋白是由、三条不同的多肽链组成的异三聚体。三聚体分子由一条重链（链）和二条轻链（、链）借二硫键交联而成，外形呈不对称十字形结构。层粘连蛋白分子中存在的多个结构域，具有和多种物质结合的位点。还可通过自身的RGD三肽序列与细胞膜上的整联蛋白结合。Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页(二)层粘连蛋白三、细胞外基质中的非胶原糖蛋白第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用 层粘连蛋白的分子结构 A. 层粘连蛋白的分

26、子结构模式图 B. 电镜照片Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页层粘连蛋白是基膜的主要组分，在基膜的基本框架的构建和组装中起了关键作用。层粘连蛋白借助RGD三肽序列，使细胞黏附固定在基底膜上，促进细胞的生长并使细胞铺展而保持一定的形态。层粘连蛋白通过与细胞间的相互作用，可直接或间接控制细胞的活动。层粘连蛋白在早期胚胎中对于保持细胞间的粘附、细胞的极性及细胞的分化具有重要意义。 Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用 细胞外基质成分及其细胞表面受体示意图Extracellular Matrix and Matrix-Cell Interaction退 出首 页第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用一、基膜的分布二、基膜的组成成分三、基膜的生物学功能第二节细胞外基质的特化结构基膜Extracellular Matrix and Matrix-Cell Int