细胞外基质作用机理
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细胞外基质
EXTRACELLULAR MATRIX, ECM
精选文本
1
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
精选文本
什么是ECM？
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。
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。精选文本
17
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。
✓ 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：
FN是一种大的纤维状糖蛋白，由两
✓ 含糖4.5－9.5％。每条FN有5－7个
个亚单位构成二聚体，两条肽链的 C端以二硫键共价相连，形成“V”
有特定功能的结构域
精选文本 形分子。
20
FN是一种高相对分子质量的粘附性的糖蛋白，广泛存在于动物界， 包括海绵、海胆及哺乳动物类。每个FN亚基上有与胶原、细胞表面受体、 血纤蛋白和硫酸蛋白多糖高亲和结合的位点 。
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：软精选骨文组本织； 右：结缔组织
4
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-collagen glycoprotein、 氨基聚糖与蛋白聚糖proteoglycan、弹性蛋白elastin等。
13
• 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。
旋状构型， 长பைடு நூலகம்00nm， 直径
1.5nm。
精选文本
11
• 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。
精选文本
12
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。
精选文本
过度松弛皮肤症
这是1890年拍摄的“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。
精选文本
18
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。
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。
精选文本
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。
• 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von willebrand因子 等。
精选文本
19
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。
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。精选文本
10
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(Hypro)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
RGD序列: FN中与细胞结合的结精选构文域本 中的Arg-Gly-Asp三肽序列 21
• 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。
精选文本
14
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
脊椎动物中胶原的精选合文成本、装配与分泌
15
胶原装配的主要步骤
精选文本
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 (collagen fibril)则是通过1分6 子 间的交联
• 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。
精选文本
9
各类胶原都有两个共同的特点∶①都是由三条肽链组
• 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。
• 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。
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5
• 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）。
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6
上皮组织的精选细文本胞外基质
7
第一节 ECM的成分
精选文本
8
一、胶原Collagen
• 是人体最丰富的蛋白，占蛋白总量的30％以上。 ECM主要成分，属不溶性纤维蛋白质。
EXTRACELLULAR MATRIX, ECM
精选文本
1
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
精选文本
什么是ECM？
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。
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。精选文本
17
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。
✓ 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：
FN是一种大的纤维状糖蛋白，由两
✓ 含糖4.5－9.5％。每条FN有5－7个
个亚单位构成二聚体，两条肽链的 C端以二硫键共价相连，形成“V”
有特定功能的结构域
精选文本 形分子。
20
FN是一种高相对分子质量的粘附性的糖蛋白，广泛存在于动物界， 包括海绵、海胆及哺乳动物类。每个FN亚基上有与胶原、细胞表面受体、 血纤蛋白和硫酸蛋白多糖高亲和结合的位点 。
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：软精选骨文组本织； 右：结缔组织
4
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-collagen glycoprotein、 氨基聚糖与蛋白聚糖proteoglycan、弹性蛋白elastin等。
13
• 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。
旋状构型， 长பைடு நூலகம்00nm， 直径
1.5nm。
精选文本
11
• 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。
精选文本
12
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。
精选文本
过度松弛皮肤症
这是1890年拍摄的“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。
精选文本
18
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。
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。
精选文本
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。
• 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von willebrand因子 等。
精选文本
19
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。
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。精选文本
10
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(Hypro)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
RGD序列: FN中与细胞结合的结精选构文域本 中的Arg-Gly-Asp三肽序列 21
• 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。
精选文本
14
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
脊椎动物中胶原的精选合文成本、装配与分泌
15
胶原装配的主要步骤
精选文本
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 (collagen fibril)则是通过1分6 子 间的交联
• 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。
精选文本
9
各类胶原都有两个共同的特点∶①都是由三条肽链组
• 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。
• 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。
精选文本
5
• 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）。
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上皮组织的精选细文本胞外基质
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第一节 ECM的成分
精选文本
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一、胶原Collagen
• 是人体最丰富的蛋白，占蛋白总量的30％以上。 ECM主要成分，属不溶性纤维蛋白质。