_细胞外基质与其与细胞相互作用
细胞生物学胞外基质
➢具有间断三股螺旋并与原纤维相关的胶原 (FACIT)：只结合在原纤维表面上，包括IX、 XII和XIV型胶原。
• 参与调节和控制原纤维的形状，使之适应各种 不同组织的功能需要。
4. 胶原的生物合成过程(Biosynthesis)
➢ 迄今为止，已发现20多种不同的多肽链，不 同的多肽链由不同的结构基因编码；它们均 具有相似的结构；
➢ 每条肽链称为链；
编码链的基因相同则形成同源三聚体，不同则形成 异源三聚体。
胶原蛋白的三维螺旋结构
几种常见的胶原类型和分布
类型 I II III
IV
分子组成 [1(I)]2[2(I)] 或 [1(I)]3 [1(II)]3 [1(III)]3
[1(IV)]2[2(IV)]
三股螺旋的 长度 300nm
➢N-前肽和C-前肽的作用
增强水溶性，便于运输，使前胶原从细胞内运至 细胞外；
对ECM的生成具有反馈调节作用 与炎症后的组织修复，创伤后的组织愈合有关。
➢带有前肽的三股螺旋胶原分子称为前
胶原(procollagen)。
➢前胶原是原胶原的前体和分泌形式，
是以囊泡的形式分泌到细胞外。
胶原生成的细胞外阶段
Ⅰ基因 Ⅱ前体RNA Ⅲ mRNA
转录 剪接 翻译
Ⅳ 前链
N端前肽 重复Gly-X-Y序列
细胞生物学 第十一章 细胞外基质及其与细胞
第十一章细胞外基质及其与细胞的相互作用
细胞外基质（ECM）：是由细胞分泌到细胞外空间，由蛋白和多糖构成的精密有序的网络结构。不仅对组织细胞起支持、保护、营养作用，而且还与细胞的增殖、分化、代谢、识别、黏着、迁移等基本生命活动密切相关。
糖胺聚糖（AGA）：是细胞外基质的主要成分，是由重复的二糖单位构成的直链多糖，过去称为黏多糖，其二糖单位之一是氨基己糖（N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖），故又称氨基聚糖，另一个糖残基多为糖醛酸（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸）
糖胺聚糖可分为六种：透明质酸HA、硫酸软骨素CS、硫酸皮肤素DS、硫酸乙酰肝素HS、肝素、硫酸角质素KS
蛋白聚糖（PG）：是由糖胺聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白共价结合形成的高分子量复合物，是一种含糖量极高的糖蛋白。
黏多糖累积病：由于基因突变引起先天性缺乏降解糖胺聚糖的酶（如糖苷酶或硫酸酯酶）可导致糖胺聚糖或蛋白聚糖及其降解中间产物在体内一定部位堆积，造成黏多糖累积病如Hunter综合征。
胶原（collagen）：是细胞外基质中的骨架结构，动物体内高度特化的纤维蛋白家族，是人体内含量最丰富的蛋白质，遍布于体内各种器官和组织，在结缔组织中特别丰富，可由成纤维细胞、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。
原胶原：典型的胶原分子呈纤维状，是由3条α多肽链盘绕而成的3股螺旋结构，称原胶原。
胶原合成与组装始于内质网，在高尔基体修饰，最后在细胞外组装成胶原纤维①前α链：在糙面内质网附着核糖体上合成，不仅含有内质网信号肽，而且在其N端和C端各含有一段不含Gly-X-Y序列的前肽。②前胶原：胶原合成过程中带有前肽的3股螺旋胶原分子称为前胶原，其两端的前肽部分保持非螺旋卷曲。③原胶原分子：在细胞外，前胶原在前胶原N-蛋白酶和前胶原C-蛋白酶的作用下，分别水解去除两端的前肽，在两端各保留一段非螺旋的端肽区形成原胶原分子。④胶原原纤维：原胶原分子在细胞外基质中相互呈阶梯式有序排列并发生侧向交联，自组装成胶原原纤维。⑤胶原纤维：胶原原纤维聚集成束形成胶原纤维。
细胞外基质名词解释
细胞外基质名词解释
细胞外基质（extracellularmatrix，ECM）是构成细胞外环境的特殊结构，它也是细胞增殖、迁移和形态改变的基础。它既可以作为一种独立的结构，可以支持细胞的生长和分化，也可以作为细胞外活动的调节器，参与细胞外信号传导和活性物质的调节转运等。细胞外基质的种类比较多，主要有水凝胶类、矿物质类和蛋白质类三大类。
水凝胶类细胞外基质主要是由糖聚糖和多聚糖构成，其中糖聚糖以多糖分子链、支链和定位结合而形成三维结构网络。糖聚糖在细胞外环境中有着重要的作用，它可以支撑细胞的内墙，提供细胞内高度可控的空间环境，促进细胞的增殖分化；另外，它还可以结合细胞外的特殊蛋白，抑制细胞的迁移，是细胞的稳定界面。
矿物质是另一类细胞外基质，主要有磷酸钙、碳酸钙和硅酸盐。其中磷酸钙和碳酸钙具有很强的钙离子结合能力，可以控制多种无机物质的吸收和释放，硅酸盐是细胞外环境中的流体结构成分，它可以抵抗压力，支撑细胞多孔网络结构。
蛋白质是细胞外基质中最为重要的组分，它构成细胞外基质的支链和骨架，是细胞的重要组成部分。一般来说，蛋白质细胞外基质主要分为胶原蛋白、凝血酶原及附着素三大类。胶原蛋白具有优质的粘度和弹性，具有良好的抗拉应力，能有效抵抗压力，并可以作为细胞移动的滑轨，促进细胞的迁移与增殖。凝血酶原则是由大量的凝血酶原分子组成，可以参与细胞外信号传导，促进细胞的活性物质的释放和调节转运。附着素是一类特殊的细胞外基质蛋白，具有高度特异性
的附着力，可以紧密结合细胞表面，阻止细胞的漂移，控制细胞的形态和迁移。
医学细胞生物学 细胞外基质及其与细胞的相互作用
• 糖基纵横交错、高度亲水、具有负电性，构成高度水化孔胶样物；孔 的大小和电荷密度，可调节对分子、细胞的通透性，具有分子筛的作 用；如肾小球基底膜中硫酸软骨素蛋白聚糖对原尿的生成具有筛滤作 用
• 3.角膜中蛋白聚糖具有透光性
• 硫酸软骨素、硫酸角质素高度硫酸化，使基质脱水变得致密；阻止血 管的形成，使角膜柔软、具有透光性；角质化亦有保护作用
细胞外基质的主要组成成分
• 从结构表现形式上，细胞外基质主要由凝胶样基质和纤维网架构成 • 凝胶样基质：氨基聚糖、蛋白聚糖 • 纤维网架：胶原、弹性蛋白 • 黏着作用：纤连蛋白、层粘连蛋白 • 细胞外基质含量因组织种类而不同，上皮、肌组织、脑等含量较少；
结缔组织中细胞外基质含量最大 • 细胞外基质的组分、组装形式由产生
细胞外基质的主要组成成分
2. 胶原的类型
•α链是胶原的基本亚单位，目前已发现25种不同的α链，26种胶原；不 同的α链以不同方式组合成不同类型的胶原 •每型胶原由3条相同或不同的α链构成，如I型胶原是异源三聚体： [α1(I)]2[α2(I)]，分布于肌腱、皮肤、骨、韧带，形成较粗的纤维束，具 有很强的抗张强度 •II型胶原是同源三聚体：[α1(II)]3，存在于软骨中 •III型胶原是同源三聚体：[α1(III)]3，存在于皮肤、肌肉、结缔组织，在 血管壁和各种软组织或器官间质形成微细的纤维网，常与I型共分布 •IV型胶原是异源三聚体：[α1(IV)]2 [α2(IV)] ，仅存于基底膜，形成二维 网络样结构
医学细胞生物学：细胞外基质及其与细胞的相互作用
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 首 页
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细胞外基质及其与细胞的相互作用
二、胶原与弹性蛋白
1. 胶原的分子结构 ➢ 典型的胶原分子呈纤维状，是由3条α多肽链盘绕而
在基底膜中起过 滤和结构作用
协助包装和贮存 分泌分子 细胞粘合；结合 FGF
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细胞外基质及其与细胞的相互作用
有的蛋白聚糖也是质膜的整合成分，如成纤维 细胞和上皮细胞表面的黏结蛋白聚糖 （syndecan）， 既可介导细胞与细胞外基质结合，又可使细胞内外信 息相通；
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细胞外基质及其与细胞的相互作用
一、糖胺聚糖与蛋白聚糖
(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。
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细胞外被的名词解释
细胞外被的名词解释
细胞外基质是指细胞外的一种结构，它是由细胞分泌的一种复杂的混合物，包括蛋白质、多糖和其他分子。细胞外基质存在于细胞外，填充了细胞之间的空间，起着支持、保护和信号传导的重要作用。
从结构上来看，细胞外基质可以分为两个主要部分，一是基质囊，它是由纤维蛋白和其他分子组成的网状结构，提供了细胞外的支持和稳定性；二是基质液，它是一种黏稠的液体，其中包含了许多溶解的蛋白质和多糖，这些物质对于细胞的生存和功能发挥起着至关重要的作用。
细胞外基质在细胞生物学中扮演着重要角色。首先，它提供了细胞外的支持结构，保持了组织的形态和稳定性。其次，细胞外基质参与了细胞间的相互作用，包括细胞黏附、细胞迁移和信号传导等过程。此外，细胞外基质还参与了细胞的生长、分化和再生等生理过程。
总的来说，细胞外基质是细胞外的一种重要结构，它不仅提供
了细胞外的支持和稳定性，还参与了细胞间的相互作用和生理过程，对于维持生命活动起着至关重要的作用。
_细胞外基质与其与细胞相互作用
0 0.2~2.3 1.0~2.0 0.2~3.0 2.0~3.0 0.9~1.8
结缔组织、皮肤、软 骨、滑液、玻璃体 软骨、角膜、骨、皮 肤、动脉 皮肤、血管、心、心 瓣膜 肺、动脉、细胞表面
肺、肝、皮肤、肥大 细胞 软骨、角膜、椎间盘
医学细胞生物学
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• （二）蛋白聚糖是由氨基聚糖和核心蛋白 共价结合形成的高分子量复合物
• 1.分子结构
医学细胞生物学
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 2.在内质网中合成并装配 • 1)内质网腔内装配多糖，由专一的连接四糖
结合到丝氨酸残基，再依次加接
• 2)氨基酸序列和糖链具有多态性
• 3)有些蛋白聚糖也是质膜的整合成分(连接 素)
医学细胞生物学
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• (三)氨基聚糖与蛋白聚糖的功能 • 1.使组织具有弹性和抗压性 • 2.对物质转运有选择渗透性 • 3.角膜中蛋白聚糖具有透光性 • 4.氨基聚糖有抗凝血作用 • 5.细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用 • 6.氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关
• 二、胶原与弹性蛋白 • （一）胶原是细胞外基质中的骨架结构 • 人体内含量最丰富的蛋白质 • 1.分子结构：三条a-多肽链盘绕而成，多肽链
基本由Gly-X-Y规律的三肽重复序列构成 • 2.多种a链，以不同方式组成多种胶原 • 3.前体肽链——去信wk.baidu.com肽——两端加前肽——
细胞和细胞外基质之间的相互作用
细胞和细胞外基质之间的相互作用
是细胞生物学中的重要话题之一。细胞外基质是细胞外的三维结构，包括各种
蛋白质、糖类、水分子、离子和细胞外间质等成分。这些成分影响着细胞的生长、分化、细胞周期、信号传导、细胞与细胞之间的粘附、细胞间相互作用和移动等多个过程。本文将从细胞外基质的组成和细胞与细胞外基质的相互作用等方面进行探讨。
一、细胞外基质的组成
细胞外基质有多种成分，其中最重要的是蛋白质。蛋白质是细胞外基质的重要
组成部分，也是影响细胞和基质相互作用的主要因素之一。细胞外基质的蛋白质包括胶原蛋白、纤维连接蛋白、表皮细胞附着素和纤溶酶等。这些蛋白质形成了肌腱、韧带、弹性组织和软骨等。
除了蛋白质，细胞外基质中还有一些糖类，这些糖类可分为硫酸肝素和软骨素。这些糖类对细胞生长、生物化学反应和基质稳定性等方面都有着重要的影响。
另外，细胞外基质中还有一些水分子和离子等成分。水分子是细胞外基质中数
量最多的成分之一，水分子对细胞和基质之间的交互作用有着重要的影响。
二、细胞与细胞外基质的相互作用
细胞外基质对细胞有很大的影响，这种影响通常通过细胞外基质蛋白质分子与
细胞表面蛋白质相互作用来实现。这种相互作用有着非常重要的生物学意义，对细胞的生长、分化、细胞周期、信号传导、细胞与细胞之间的粘附、细胞间相互作用和移动等多个过程都有着直接或间接的影响。
1. 细胞与细胞外基质的黏附
细胞与细胞外基质之间的相互作用，最显着的表现是细胞附着和黏附。细胞的
附着和黏附通过细胞表面蛋白质与基质蛋白质相互结合来实现。
在此过程中，有一些蛋白质是非常重要的，如纤维连接蛋白和表皮细胞附着素等。这些蛋白质使细胞表面特异受体与基质结合，并通过细胞骨架的调节来形成有机系统，从而实现细胞与基质之间的黏附。
细胞外基质及其与细胞的相互作用
注：*L-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。
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（二）蛋白聚糖（proteoglycan, PG）
1.结构：由氨基聚糖(除透明质酸外)与核心蛋 白(core-protein)共价结合的高分子复合物。
透明质酸（中轴） 蛋 白 连接蛋白 聚 糖 核心蛋白（单链 多 聚 蛋白聚 多肽） 体 糖单体 氨基聚糖（相同 或不同）
不同的二糖单位和透明质酸链的二糖单位重复序列
7
2.种类：根据糖基性质、连接方式、硫酸化程 度和分布部位分为六种： （1）透明质酸（hyaluronic acid, HA） （2）肝素（heparin） （3）硫酸乙酰肝素 （heparan sulfate, HS） （4）硫酸软骨素（chondroitin sulfate, CS） （5）硫酸皮肤素（dermatan sulfate, DS） （6）硫酸角质素（keratan sulfate, KS） 除透明质酸外，其它氨基聚糖都被硫酸化。
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2. 胶原的主要类型
20多种链构成已知的19种胶原。常见的是Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ型。 表11-2 几种胶原的分子组成、组织分布及来源
类型 Ⅰ Ⅱ 分子组成 [1(I)]2 2(I) [1(II)]3 组织分布 来源
皮肤，肌腱，骨，韧带，角 膜，筋膜
透明软骨，椎间盘髓核，玻 璃体细纤维，脊索 皮肤，肌肉，结缔组织，血 管壁，常与I型胶原共分布 各种组织基膜
第19章细胞外基质-061218
胶原酶通常无活性，经蛋白酶(纤溶酶和血管舒缓素) 作用后转变为有活性的胶原酶 前胶原水解下来的前肽又对胶原酶起抑制作用。 胶原酶的活化与抑制，可以调节胶原的转换率，从 而在一些生理和病理过程中发挥重要作用。
胶原的降解产物往往具有一定的生物学
迄今为止，已发现20多种不同的多肽链，不同 的多肽链由不同的结构基因编码；它们均具有 相似的结构；
编码多肽链的基因一般为30～40kb，分别由50
个左右的外显子(exon)和内含子(intron)组成，多
数外显子含54bp，编码6个重复的Gly-X-Y序列
的原始单位，其它外显子编码2个或3个这样的原 始单位。
几种常见的胶原类型和分布
类型 I 分子组成 [1(II)]2[2(I)] 或 [1(I)]3 [1(II)]3 [1(III)]3 三股螺旋的 长度 300nm 67nm横纹 300nm 67nm横纹 300nm 67nm横纹 特点 分布
较粗大的纤 皮肤、肌腱、韧带、 维束 骨、牙、角膜、胎儿 皮肤、其他间隙组织 较细的条状 软骨(主要)、玻璃体、 纤维束 椎间盘髓核、脊索 较细的纤维 主要存在于伸展性大 束 的组织(如肺、子宫、 心、肝等)，常与I型 胶原共分布， 三维交联网 所有各种基膜 络。C端球 状，不形成 纤维束
胶原合成的过程
有些类型胶原的三股螺旋结构不连续， 由一些非胶原序列插入。
细胞生物学第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用
糖醛酸（葡萄糖醛酸 / 艾杜糖醛酸）
• 因糖残基 上有 羧基，故糖胺聚糖 呈强负电性。
透明质酸
硫酸软骨素、硫酸皮肤素
肝素、硫酸乙酰肝素
硫酸角质素
细胞外基质的主要组成成分
氨基聚糖
二糖单位
透明质酸 hyaluronic acid，HA
葡萄糖醛酸 N-乙酰葡萄
硫酸软骨素
葡萄糖醛酸
chondroitin sulfate, CS N-乙酰半乳糖
IV型胶原：三股肽链不含规 则的(Gly-x-y)三肽重复序 列不形成α螺旋结构。
前胶原分子的前肽不被切除 C-端“头对头”形成二聚体 几个二聚体再交联形成网络
结构，构成基膜的骨架。
第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用
柯琼 kqbear@163.com
细胞外基质的主要组成成分 细胞外基质（extracellular matrix, ECM）：
是细胞分泌到细胞外空间，由蛋白和多糖构成的精密有序的网络结构。 • 构成细胞外基质的大分子大致分为三类： ① 糖胺聚糖与蛋白聚糖；② 胶原和弹性蛋白； ③ 非胶原糖蛋白：纤连蛋白 和 层粘连蛋白。
• 核心蛋白在粗面内质网核糖体上合成，在内质网腔中装配上直 链多糖——蛋白聚糖单体。
• 装配时，首先一个 专一的四糖(Xyl-Gal-Gal-GlcUA) 结合到核 心蛋白 的丝氨酸残基上；然后在糖基转移酶作用下，一个个糖 基依次加上，形成 糖胺聚糖糖链。
第11篇 细胞外基质及其及细胞的相互作用
教学目的与要求
1.掌握细胞外基质与细胞之间的关系，理解细胞 外基质对多细胞生物组织构建的意义
2.掌握细胞外基质成分中氨基聚糖与蛋白聚糖， 胶原蛋白与弹性蛋白，纤粘连蛋白与层粘连蛋 白等生物大分子的结构、性质和功能
3.熟悉基底膜的组成成分和生物学功能 4.了解细胞外基质与一些相关疾病的关系
1.链中不含规则的Gly-X-Y 三肽重复顺序，不形成规 则的螺旋结构；
2.分泌到细胞外基质中的胶 原分子仍保留球形前肽， 不形成胶原纤维。
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5.与胶原异常有关的疾病（了解）
疾病 主要临床症状
致病机制
1.维生素 C缺乏症
血管、肌腱、 缺乏维生素C，多肽链中的 皮肤变脆，易 脯氨酸、赖氨酸不能进行 出血（坏血病）羟化反应和糖基化反应，
生有关；
（3）在创伤愈合过程中，愈伤组织局部的FN 过度表达导致瘢痕过度形成。
（4）恶性肿瘤组织的细胞表面纤连蛋白受体 异常，细胞粘着力降低，细胞容易脱离组织 而转移。
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（二）层粘连蛋白 层粘连蛋白（laminin, LN）是胚胎发育过程
Ⅳ
[1(Ⅳ)]2 2(Ⅳ)
各种组织基膜
上皮细胞 内皮细胞
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表8-3续 几种胶原的分子组成、组织分布和来源
类型 分子组成
组织分布
来源
第十四章细胞外基质及其与细胞相互作用
细胞外基质是由大分子构成的结构精细而 错综复杂的网络。它在生物组织中所占据的 空间因组织而异。
上皮组织、肌肉组织、脑与脊髓中ECM含 量很少;
结缔组织中ECM含量较高;
皮肤结缔组织中ECM最具代表性。
含量种类差别大、决定组织物理性状适合其功能
含量少：
上皮组织 肌组织 脑脊髓 肝
含量多： 结缔组织
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Hale Waihona Puke Baidu
（一）胶原分子的结构特点 三条α螺旋肽链盘绕成的三股螺旋结构； 每条肽链约1000个氨基酸残基； 甘氨酸(Gly)含量约占三分之一； 富含脯氨酸(Pro)和赖氨酸(Lys); 不含色氨酸、酪氨酸和蛋氨酸; 脯氨酸常常羟化成羟脯氨酸(HyPro); 赖氨酸常常羟化成羟赖氨酸(HyLys); 赖氨酸选择性的糖基化。
组织(tissue)→器官(organ)→系统(system)
在生物多细胞有机体内，除细胞之外还有非 细胞性的固有物质成分，即细胞外基质
（extracellular matrix，ECM）。
细胞外基质定义 ：
分布于细胞外空间，细胞分泌的由蛋白 质和多糖构成的高度水合性纤维网络凝胶结构。
来源：成纤维细胞（主要） 特化组织细胞
ECM成分及其生物学作用的研究倍受重 视，近年来已成为细胞生物学领域的一 个研究热点及新的进展点。
单细胞生物也常借助于ECM而联结为群 落。
《医学细胞生物学》细胞外基质及其与细胞的相互关系
4、细胞外基质影响细胞的迁移 细胞的迁移依赖于细胞的粘附与细胞骨架的 组装。
二、细胞对细胞外基质的影响
1、细胞外基质由其所在的组织细胞分泌
cell Biology
同一个体不同组织，在不同的发育阶段，所产 生的细胞外基质有所不同。如胚胎结缔组织的细胞 外基质主要产生Ⅲ型胶原、透明质酸和弹性蛋白； 而成年结缔组织中成纤维细胞产生的细胞外基质以 Ⅰ型胶原、纤连蛋白等为主要成分。
每条肽链 上有5~7个特 定功能的球形 结构域。
cell Biology
cell Biology
RGD序列：是指纤连蛋白和其他某些细胞外基质中所 含的可被细胞表面某些整联蛋白所识别的 Arg-Gly-Asp三肽序列。 纤连蛋白的膜受体 是膜整联蛋白蛋白家族 成员之一，在其细胞外 功能区有与RDG序列高 亲和性结合的部位。
cell Biology
cell Biology
Leabharlann Baidu
第三节 细胞外基质与细胞间的相互作用
机体的组织是由细胞与细胞外基质共同构成的， 两者之间有着十分密切的关系。一方面细胞通过控制 基质成分的合成和降解决定细胞外基质的组成，另一 方面细胞外基质对细胞的各种生命活动有着重要的影 响。两者相互依存，相互影响，共同决定着组织的结 构与功能。
cell Biology
基底膜是细胞外基质特化而成的一种柔软、坚 韧的网膜结构，一般厚40~120nm。基底膜位于上皮 细胞和内皮细胞的基底部，或包绕在肌细胞、脂肪 细胞、雪旺氏细胞周围，将细胞与结缔组织隔离。
细胞外基质与细胞相互作用的分子机制研究
细胞外基质与细胞相互作用的分子机制研究
细胞外基质（ECM），是指包括胶原、纤维蛋白、肝素硫酸、水杨酸乙酯、降临素等一系列蛋白质和多糖在内的一种生物外界组织，可分为纤维类ECM和胶原类ECM。在人体中，ECM在细胞形态、生长、迁移以及功能转化等过程中扮演着十分重要的角色。而ECM与细胞间的相互作用，主要是通过一个由多个分子组成的结构体系，即细胞外基质-细胞膜-细胞骨架系统的相互作用。这个系统的组成以及各成分之间的相互作用关系，是目前细胞生物学领域深入研究的方向之一。
1. 细胞膜与ECM的界面相互作用
细胞膜位于细胞内外环境的交界处，是细胞外基质与细胞内部信号传递之间的“桥梁”。细胞膜的主要成分是磷脂双层，以及嵌在其中的蛋白质等分子。在ECM 与细胞膜之间，存在许多分子，起到了调节细胞形态和功能的作用。
其中，整合素是一类位于细胞膜上的蛋白质分子，在细胞与ECM之间发挥作用。整合素分子分为α和β两个亚基，组成αβ二聚体。在ECM与细胞发生相互作用的过程中，αβ二聚体可结合到特定的ECM蛋白上，并通过与细胞膜内部的细胞骨架系统耦合，调节细胞的外形。此外，整合素还能够与其它膜绑定分子如脂肪酸，以及细胞内部信号分子等结合，形成复杂的信息传递网络。
2. ECM与细胞骨架的相互作用
细胞内部的骨架系统，由三种不同的类别支撑着细胞的形态和结构，分别是微纤丝、中间纤维和微管，它们通过不同的方式参与信号传递、运输及细胞间的相互作用等过程中发挥着重要作用。
ECM是由一系列蛋白质和多糖组成的复杂结构，在细胞迁移、生长、分化及形态维持等过程中发挥着显著作用。ECM与细胞骨架之间的相互作用，是ECM参与这些过程中，细胞骨架动态变化的重要机制之一。细胞骨架的动态变化与ECM 的力学特性、形态及趋化物质的存在有密切联系。
医学细胞生物学之细胞外基质及其与细胞的相互作用
一．细胞外基质的定义
细胞外基质是指分布于细胞外空间的蛋白质和多糖纤维等交错形成的网络胶状结构体系，或简言之为细胞成分之外的组织成分的总称。
二．细胞外基质的生物学作用
细胞外基质不仅将细胞整合在一起并决定其物理性质，而且对细胞的存活、形态、功能、增殖、分化、迁移及死亡等各种生物学行为加以调节。
细胞与细胞外基质是相辅相成、互相联系的。一方面，细胞外基质的结构和功能的异常可作为细胞组织病理改变的重要生理指标；另一方面，结构和功能异常的细胞外基质也会作用于周围的细胞及组织器官，进而促使和导致相关病理改变的发生。
三．细胞外基质的主要组分
可分为三类：①氨基聚糖与蛋白聚糖--凝胶样基质；
②胶原和弹性蛋白等--纤维网架, 结构蛋白；
③非胶原性黏合蛋白，包括纤连蛋白和
层粘连蛋白--粘附成分
1.氨基聚糖和蛋白聚糖
1）氨基聚糖
(1)结构：重复的二糖单位聚合而成的无分支直链多糖
(2)分类：
(3)重要特征：1.与蛋白质链不同，该碳水化合物链不会折叠成致密结构，因此氨基聚糖在基质中占据很大的空间2.氨基聚糖带负电荷，具有强烈的亲水性和吸附阳离子能力。氨基聚糖可与水分子结合形成凝胶，结果产生膨胀压可抵抗外界压力。
透明质酸：
结构：最简单，无硫酸基团，含有大量亲水性的负电荷基团COO-，全部是由单纯的葡萄糖醛基和乙酰氨基葡萄糖二糖结构单位重复排列聚合而成。
形态：呈无规则卷曲状
功能：赋予组织弹性、抗压性，并具有润滑剂的作用，促进细胞迁移、增殖
降解：透明质酸酶
2）蛋白聚糖
结构：是由一条称之为核心蛋白质的多肽链与硫酸氨基聚糖共价结合的高分子量复合物，是一种含糖量极高的糖蛋白。
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• （一）纤连蛋白 • 1.分子结构：高分子糖蛋白，包含多个结构域
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 2.纤连蛋白的功能： • 介导细胞与细胞外基质间的黏着,进而调节
细胞的形状和细胞骨架的组织，促进细胞 铺展 • 纤连蛋白与细胞的迁移 • 纤连蛋白在组织创伤修复中的作用,纤连蛋 白促进巨噬细胞和其它免疫细胞迁移到受 损部位
肺、肝、皮肤、肥大 细胞 软骨、角膜、椎间盘
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• （二）蛋白聚糖是由氨基聚糖和核心蛋白 共价结合形成的高分子量复合物
• 1.分子结构
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 2.在内质网中合成并装配 • 1)内质网腔内装配多糖，由专一的连接四
糖结合到丝氨酸残基，再依次加接
连蛋白网络，还协助其他成分的结合 • 4.渗滤素——蛋白聚糖，在肾小球基底膜
中有筛滤作用
第二节 基底膜
第二节 基底膜
• 三、基底膜的生物学功能 • 支撑——上皮细胞 • 连接——上皮组织与结缔组织 • 屏障——选择性通透分子和细胞 • 影响细胞形态、极性、代谢、存活、增殖
分化、迁移等
第三节 细胞外基质与细胞间的相互作用
葡萄糖醛酸-N-乙酰氨基 半乳糖
葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸 -N-乙酰氨基半乳糖
葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸 -N-乙酰氨基葡萄糖
葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸 -N-乙酰氨基葡萄糖
半乳糖-N-乙酰氨基葡萄 糖
0 0.2~2.3 1.0~2.0 0.2~3.0 2.0~3.0 0.9~1.8
结缔组织、皮肤、软 骨、滑液、玻璃体 软骨、角膜、骨、皮 肤、动脉 皮肤、血管、心、心 瓣膜 肺、动脉、细胞表面
• 一、细胞外基质对细胞生物学行为的影响 • 1.影响细胞形态结构 • 2.影响细胞生存死亡 • 3.影响细胞增殖分化 • 4.影响细胞迁移 • 二、细胞对细胞外基质的影响 • 1.细胞分泌细胞外基质 • 2.细胞控制细胞外基质成分的降解
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。
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• （四）氨基聚糖和蛋白聚糖与疾病 • 1.降解异常——异常堆积——粘多糖累积
病 • 2.含量比例异常——脂类沉积——动脉粥
样硬化 • 3.分泌总量增多，硫酸化水平降低——促
进肿瘤细胞迁移增殖——肿瘤增殖、侵袭、 转移等
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 二、胶原与弹性蛋白 • （一）胶原是细胞外基质中的骨架结构 • 人体内含量最丰富的蛋白质 • 1.分子结构：三条a-多肽链盘绕而成，多肽
• ຫໍສະໝຸດ Baidu)氨基酸序列和糖链具有多态性
• 3)有些蛋白聚糖也是质膜的整合成分(连接 素)
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• (三)氨基聚糖与蛋白聚糖的功能 • 1.使组织具有弹性和抗压性 • 2.对物质转运有选择渗透性 • 3.角膜中蛋白聚糖具有透光性 • 4.氨基聚糖有抗凝血作用 • 5.细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用 • 6.氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关
链基本由Gly-X-Y(X=pro，Y=hyp或hyl)规律的 三肽重复序列构成 • 2.多种a链，以不同方式组成多种胶原 • 3.前体肽链——去信号肽——两端加前肽—— 羟化修饰——C端交联为前胶原——分泌到胞 外——切除前肽——自我装配为胶原原纤维— —胶原纤维
第一节 细胞外基质的主要组成成分
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• （二）弹性蛋白是构成细胞 外基质中弹性纤维的主要成 分
• 构成细胞外基质中弹性纤维 网络的主要成分
• 高度疏水的非糖基化纤维蛋 白，很少羟化
• 呈无规则卷曲 • 由疏水性短肽和富含A,K残基
的a螺旋短肽交替排列构成 • 与由糖蛋白构成的微原纤维
一起构成弹性纤维
第一节 细胞外基质的主要组成成分
第一节 细胞外基质的主要组成成分
结构作用
黏着作用
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 一、氨基聚糖与蛋白聚糖
• （一）氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的直链多糖
氨基聚糖 重复二糖单位
每个二糖单位所含硫酸基 组织分布
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
葡萄糖醛酸-N-乙酰氨基 葡萄糖
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• （二）层粘连蛋白是胚胎发育过程中最早 出现的细胞外基质成分
• 1.分子结构 • abg三条多肽链组成的异三聚体 • 含有多个结构域 • 一个长臂，三个短臂的不对称
十字形
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 2.层粘连蛋白的功能 • 基底膜的主要组成成分 • 细胞识别，黏附，迁移，分化相关 • 发育早期保持细胞极性 • 促进神经元轴突的生长
• 3.层粘连蛋白与疾病
第二节 基底膜
• 一、基底膜的分布 • 细胞外基质特化形成的柔软、坚韧的网膜
结构 • 上皮细胞和内皮细胞的基底部 • 肌细胞、脂肪细胞、雪旺氏细胞周围
第二节 基底膜
• 二、基底膜的组成成分 • 1.IV型胶原——构成基本二维网络 • 2.层粘连蛋白——组装为二维网络 • 3.内联蛋白——连接IV型胶原网络和层粘
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。 功能：参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、 皮肤。
链基本由Gly-X-Y规律的三肽重复序列构成 • 2.多种a链，以不同方式组成多种胶原 • 3.前体肽链——去信号肽——两端加前肽——
羟化修饰——C端交联为前胶原——分泌到胞 外——切除前肽——自我装配为胶原原纤维— —胶原纤维
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 二、胶原与弹性蛋白 • （一）胶原是细胞外基质中的骨架结构 • 人体内含量最丰富的蛋白质 • 1.分子结构：三条a-多肽链盘绕而成，多肽