_细胞外基质及其与细胞的相互作用
细胞外基质和基质细胞相互作用的研究
细胞外基质和基质细胞相互作用的研究基质是指所有生物体内除细胞外的物质。
在这些物质中，最重要的就是细胞外基质，它是一种类似胶的物质，由水和各种蛋白质构成。
细胞外基质在细胞功能、组织结构和发育中起着重要的作用。
细胞外基质与细胞的相互作用是一个重要的研究领域，包括细胞与基质分子的相互作用、细胞对不同基质成分的选择性附着、细胞分化和外形变化等。
下面，我将分别从这几个角度来探讨细胞外基质和基质细胞相互作用的研究。
1. 细胞与基质分子的相互作用细胞与基质分子的相互作用主要是通过胞外基质的受体和粘附分子来实现的。
这些分子在胞外基质分子上或细胞膜上表达，它们促进细胞与胞外基质的相互作用，调节细胞分化、增殖、迁移以及细胞间互动等重要生物学过程。
以整合素为例，其是细胞与胞外基质相互作用的重要受体。
整合素家族有很多成员，它们与胶原蛋白、纤维连接蛋白、透明质酸等基质分子结合，进而调节细胞的附着、增殖、迁移等生物学过程。
此外，有研究表明，多种胞外基质分子如透明质酸、纤维连结蛋白等都与其它受体结合，发挥生物学调节作用。
2. 细胞对不同基质成分的选择性附着细胞在胞外基质中的选择性附着是由胞外基质蛋白和胞内蛋白以及细胞膜receptor 表达情况的共同调节作用，它们对细胞在基质中的定位和作用安排具有重要的作用。
有研究表明，胞外基质分子的结合能力和细胞膜上受体的配体选择性是细胞对不同基质成分选择性附着的关键因素。
基质分子结合能力强时，在细胞表面形成大量和长时间的链状分子，形成加强附着力的框架。
而表达不同受体的细胞对不同基质分子的选择性附着和附着力不同。
3. 细胞分化和外形变化细胞分化和外形变化是细胞生存、生长和发育中重要的生物学过程，胞外基质在这些过程中也发挥着极其重要的作用。
以小鼠胚胎上皮为例，研究发现，当细胞分化时，基质分子的配合物改变，胞外基质肌动蛋白纤维网络也发生变化，使得胚胎细胞控制并调整自身吸收和排泄粘附物减弱，胚胎细胞便可摆脱原定位并继续发育。
细胞外基质及其与细胞的相互作用(1)
细胞外基质及其与细胞的相互作用(1)细胞外基质，简称ECM（extracellular matrix），是细胞周围的纤维状物质，包含许多种分子，如胶原蛋白、纤维连接素和透明质酸等。
ECM对于细胞形态的维持、信号转导和细胞迁移等过程都起着非常重要的作用。
在ECM与细胞之间的相互作用中，有几个方面值得我们探讨。
1. ECM对于细胞形态的维持ECM由很多种细胞外分子组成，其中最重要的就是胶原蛋白。
细胞依靠这些分子作为支撑物而保持形态稳定。
在人体发育过程中，细胞需要适应不同的环境及内部条件，因此，细胞形态的变化也很大。
当细胞感知到周围环境发生了变化时，就会通过改变与ECM间的相互作用达到形态调整或迁移。
2. ECM对于细胞迁移的影响对于肿瘤细胞而言，ECM的作用有利有弊。
当肿瘤细胞需要在人体内部进行迁移时，ECM便成为了妨碍细胞迁移的物质。
特别是当肿瘤细胞需要通过血液循环系统迁徙时，ECM表现出的阻力更加强烈。
但是在肿瘤细胞通过ECM进入肝脏等器官时，肝脏内的ECM会与肿瘤细胞间发生衰变，成为肿瘤细胞进入肝脏的途径。
因此，ECM对于不同的生物过程和不同的细胞类型起着不同的作用。
3. ECM的参与信号转导ECM通过他的分子和细胞成分来影响信号传递，在细胞的生长和分化中发挥着重要的作用。
举个例子，细胞外基质中的纤维连接素、透明质酸和水晨酸等分子能够结合到特定的受体分子上，从而激活或抑制细胞内的信号通路，使得细胞产生不同的反应。
因此，ECM对于细胞生命活动的调控十分重要。
综上可知，ECM对于人体生命活动的方方面面都有着深远的影响。
然而，ECM与细胞的相互作用仍需更深入的研究。
癌症、炎症、纤维化和创伤等病变，都和ECM具有密切的联系，研究ECM与这些病变的关系，可能会把握到大量疾病的治疗方案。
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.第五章 细胞外基质及其与细胞的相互作用
第五章细胞外基质及其与细胞的相互作用概述⏹细胞外间隙充满由多种大分子组成的ECM⏹ECM在不同的组织中的量和性质不同：血液的ECM：液态骨的ECM：固态固有结缔组织：胶态基膜：特化的ECM⏹ECM在不同的发育时间不同⏹ECM在不同的病理情况下不同⏹ECM参与细胞的存活、形态、迁移、代谢、功能、增殖、分化和死亡⏹ECM动态参与细胞的生物学功能⏹ECM通过受体和信号转导系统，调节基因的表达或蛋白质的活性，发挥其生物学效应⏹ECM的异常导致疾病：膜性肾病、肝硬化、肿瘤转移等第一节细胞外基质是由不溶性大分子构成的精密结构⏹构成细胞外基质的大分子：胶原非胶原糖蛋白氨基聚糖与蛋白聚糖弹性蛋白一、胶原是细胞外基质中的骨架结构20种胶原I、II、III、V、XI：Fibril I：皮肤II：软骨III：血管胶原与ECM联系，构成结构与功能的统一体胶原的基本结构：三条肽链（α链）形成的三股螺旋结构临床意义：1.维生素C缺乏使前胶原羟化不足，不能形成稳定的三股螺旋，易在细胞内降解，导致血管脆性增加，易出血。
2.皮肤老化：随年龄增加，原胶原交联增加，胶原纤维紧密导致皮肤僵硬、老化。
3.胶原的降解产物，对血管生成（angiogenesis）有抑制作用，对肿瘤生长和转移有意义。
如：XVIII胶原的降解产物endostatin可抑制肿瘤的生长XV胶原的降解产物restin可抑制VEGF诱导的血管生成4.胶原基因突变导致胶原异常：I型胶原异常导致骨脆弱、骨折II型胶原异常导致使软骨发育异常，导致骨关节病。
III型胶原异常导致Ehlers-Danlos综合征：皮肤、血管脆弱。
二、非胶原糖蛋白是细胞外基质中的重要功能性成分1.广泛存在于动物组织中的纤粘连蛋白2.层粘连蛋白为基膜的主要功能成分Laminin, LN Laminin 1 --11是出现最早的细胞外基质成分正常成人肝基质无LN, 再生肝肝癌LN增多3.氨基聚糖及蛋白聚糖⏹1)氨基聚糖是由重复二糖单位构成的直链多糖透明质酸是唯一不发生硫酸化的氨基聚糖透明质酸在胚胎组织和愈合中的组织增多——有利细胞迁移。
第5章细胞外基质
膜糖蛋白受体 整联蛋白是作为绝大多数细胞外基质组分受体的
跨膜糖蛋白 整联蛋白是由两个肽链亚单位组成的异源二聚体
蛋白分子
第三节 细胞外基质与细胞的相互作用
细胞外基质对细胞的生物学行为具有重要影 响
细胞外基质影响细胞的生存与死亡 细胞外基质决定细胞的形态 细胞外基质参与细胞增殖的调节 细胞外基质参与细胞分化的调控 细胞外基质影响细胞的迁徙 细胞对细胞外基质具有决定性作用 细胞是所有细胞外基质产生的最终来源 不同细胞外基质的差异性产生取决于其来源细胞的
细胞外基质不同于以共价键形式结合于 膜脂、膜蛋白上的多糖链细胞被。它主 要是通过与细胞膜中的细胞外基质受 体——整联蛋白（integrin）的结合而 同细胞之间构成相互结构联系的。
第一节 细胞外基质的主要组分 氨基聚糖和蛋白聚糖是细胞外基质的主要组分 氨基聚糖是由重复的二糖单位聚合而成的直链多糖
蛋白聚糖是由蛋白质和氨基聚糖共价结合的高含糖 量糖蛋白
胶原与弹性蛋白石细胞外基质中两类主要的纤维蛋 白部分
胶原是细胞外基质中含量最丰富的纤维蛋白家族
弹性蛋白是构成细胞外基质中弹性纤维网络的主要 成分
第二节 基底膜与整联蛋白
基底膜是多种组织中细胞外基质的特化结构和存 在形式
基底膜是细胞外基质特化而成的一种柔软而坚韧 的网膜结构
第五章 细胞外基质及其与细胞 的相互作用
细胞外基质（extracelluar matrix,ECM） 是指存在和分布于细胞外空间的蛋白和 多糖纤维网络胶体结构体系。它既为细 胞生命活动代谢活动的分泌产物，同时 亦构成和提供了组织细胞整体生存和功 能活动的直接微环境；它不仅是细胞功 能活动的体现者和行使者，又是细胞生 物有机体组织的重要组成和结构成分。
细胞与细胞外基质之间的相互作用研究
细胞与细胞外基质之间的相互作用研究随着人类对细胞生物学的更深入探究和认识，我们发现细胞之间与基质之间的相互作用关系愈加重要。
细胞外基质是由一系列蛋白质、多糖、矿物质等组成的复杂分子网络，通过与细胞膜相关的受体结合，控制细胞发育、迁移、增殖、分化和死亡。
在这篇文章中，我们将探索细胞与细胞外基质之间的相互作用及其调节作用。
1. 细胞外基质的结构和组成细胞外基质是支持组织和器官的结构骨架，也是细胞形态和功能调节的主要媒介。
它的主要成分为纤维性蛋白质和胶原蛋白，包括纤维连接蛋白、弹性蛋白、黏附蛋白等。
此外，细胞外基质还包含多糖类物质，如透明质酸、硫酸化肝素和胶原多肽等。
2. 细胞外基质与细胞信号传导细胞外基质与细胞信号传导密不可分。
细胞膜上存在一类被称为整合素的受体分子，它们可以与细胞外基质分子结合。
在整合素和基质的相互作用下，细胞启动一系列的信号传导路径，并调控细胞的行为。
例如，细胞与细胞外基质之间的相互作用可以促进细胞增殖、迁移和存活。
而一些信号分子、生长因子或激素通过与细胞膜上的受体结合，也可以间接地调节细胞与细胞外基质之间的相互作用。
3. 细胞外基质与肿瘤发生和转移研究表明，细胞与细胞外基质之间的相互作用在肿瘤发生和转移过程中起着重要作用。
在正常情况下，细胞与基质之间的相互作用是平衡、有序的。
但在肿瘤细胞中，这种平衡被打破，导致细胞形态和功能的异常改变。
肿瘤细胞可以释放蛋白酶，破坏细胞外基质结构，从而促进癌细胞的侵袭和迁移。
此外，在高度侵袭性的癌症中，细胞外基质中含有高浓度的弹性蛋白，这会成为癌细胞迁移的平台。
4. 利用仿生学原理研究细胞与细胞外基质之间的相互作用细胞与细胞外基质之间的相互作用既是基本的生命过程，也是一种重要的仿生学现象。
利用仿生学模型研究细胞与细胞外基质之间的相互作用机制已成为当前热点和趋势。
通过组装具有特定形状和尺寸的仿生学纳米材料，可以模拟细胞膜和细胞外基质结构，从而更好地理解和调节细胞外基质的功能。
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。
2. 细胞与细胞外基质的信号传导细胞外基质还能参与细胞内的信号传导。
一些蛋白质在基质中起到信号分子的作用，这些信号可以通过细胞表面的受体结合从而启动一系列的信号传导通路，对细胞产生影响。
细胞生物学第十一章 细胞外基质及其与细胞的相互作用
细胞外基质的主要组成成分
• 2.胶原的类型
• α链是原胶原的基本亚单位，目前已发现42种不同的α链，27 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： • 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
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。
硫酸基
分布组织
0
结缔组织、皮肤、软
骨、玻璃体、滑液
0.2-2.3 软骨、角膜、骨、皮 肤、动脉
1.0-2.0 皮肤、血管、心、心 瓣膜
0.2-3.0 肺、动脉、细胞表面
2.0-3.0 肺、肝、皮肤、肥大 细胞
0.9-1.8 软骨、角膜、椎间盘
细胞外基质的主要组成成分
透明质酸——是糖胺聚糖中结构最简单的一种
二糖单位{
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
第11篇 细胞外基质及其及细胞的相互作用
织，维持组织的弹性和韧性，防止组织撕裂和 过度伸展。
4.合成、装配与降解 在内质网合成后以可溶性弹性蛋白原的形式分泌
到细胞外，由赖氨酸之间相互交联转配成弹性 纤维网。降解有弹性蛋白酶催化。
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三、粘着糖蛋白
粘着糖蛋白是胞外基质中一类多功能大分子， 有多个结构域，各个结构域可与不同的细胞和 胞外基质成分结合；从而使细胞与细胞外基质 相互黏着。
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。
蛋 透明质酸（中轴）
白 聚
连接蛋白
2.合成 （1）核心蛋白合成（
糖 多 聚
蛋白聚
核心蛋白（单链 多肽）
结合核糖体） （2）核心蛋白 + 糖链
体 糖单体 氨基聚糖（相同 → 蛋白聚糖单体(内质
或不同）
网腔)
成纤维细胞，成骨细胞，成软骨细胞，成 肌细胞； 各类上皮细胞，内皮细胞，脂肪细胞，雪 旺氏细胞，牙本质细胞
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（1） 胶原在细胞内的合成 mRNA
在rER附着核糖体中合成多肽， 并进入ER腔
多肽链
在ER腔中, 切去信号肽; 脯氨 酸羟基化,赖氨酸羟基化和糖 基化; 肽链两端加上前肽序列
前链
在ER腔中, 3条链之间相互 交联形成前胶原分子
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）是胚胎发育过程各种组织基膜
上皮细胞 内皮细胞
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。
在ECM-细胞膜-细胞骨架整合系统之间，微纤丝主要起着支撑细胞形态的作用。
ECM蛋白所处的环境可以通过改变微纤丝活性、网络结构的形成或稳定性等方式，调节细胞的外形，决定细胞的方向性运动和趋化。
生物学中的细胞外基质与细胞相互作用
生物学中的细胞外基质与细胞相互作用在人类的身体内，数不清的细胞不断地进行交互和协作，从而保持身体的正常运转。
这些细胞不仅只是互相沟通，还需要与周围的环境相互作用。
这个环境被称为细胞外基质或者基质。
细胞与细胞外基质之间的相互作用在生物学中得到了广泛的研究与探讨。
本文将探讨细胞外基质的作用以及它与细胞之间的相互作用。
一、细胞外基质的作用1. 提供支撑我们的身体可以保持形状，主要是因为细胞外基质提供了支撑作用。
细胞外基质构成了很多种类的纤维状蛋白质，如胶原纤维，弹性纤维，网状纤维等等。
这些纤维状蛋白质可以与其他分子相互作用，形成一个庞大的支架，从而维持了细胞外基质的结构。
2. 保护和分隔细胞外基质还有着保护和分隔的作用。
在某些情况下，免疫系统会攻击我们自己的组织，形成自体免疫病。
而对于我们的身体而言，细胞外基质能够充当护盾来防止我们自己的免疫系统攻击自己的组织。
另一方面，细胞外基质还可以将各种不同类型的组织分割开来，防止细胞之间的杂乱无章的繁殖。
3. 调节信号传递细胞与身体周围的环境通过细胞外基质进行信号传递。
许多细胞与细胞之间的信号在细胞外基质中进行调节，从而实现协调性。
细胞外基质能够发挥这样的作用，是因为它可以捕捉和释放许多不同的信号分子，从而实现细胞之间的通信和协作。
二、细胞和细胞外基质的相互作用细胞和细胞外基质之间的相互作用是动态的。
因为细胞不断地分泌，摆脱，修复细胞外基质，从而影响了细胞与细胞外基质之间的相互作用。
1. 细胞粘附细胞在细胞外基质上与其他细胞之间粘附的秘密在于细胞可行的运动。
细胞外基质可以促进细胞的粘附和移动，这是由一些与细胞表面结合的分子所决定的。
例如，在细胞表面上存在多种受体和配体对，它们可以相互结合，从而实现细胞的粘附。
这种相互作用是非常重要的，因为细胞必须借助细胞外基质获得支撑和定向移动。
2. 信号传递细胞外基质不仅通过物理和化学信号直接影响细胞，还可以影响细胞内的信号传输，从而影响细胞的行为和功能。
第十四章细胞外基质及其与细胞相互作用
前α链N-端前肽具有150个氨基酸残 基，C-端前肽具有250个氨基酸残基，具
有 较多的酸性氨基酸及芳香族氨基酸残基， 并含有半胱氨酸残基。带有前肽的前α链 再被运输到高尔基体中加工。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
含量少：
上皮组织 肌组织 脑脊髓 肝
含量多： 结缔组织
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
1．在细胞内形成前胶原分子
胶原分子的基因很大，一般约为3040Kb，分别由50个左右的外显子和内含 子组成，大多数外显子为54或54的倍数 个的核苷酸，说明α链的基因是由含54 个核苷酸的原始基因成倍扩大演化而来。
首先在粗面内质网膜上的核糖体中合 成前体链，再进入内质网腔中切去信号 肽，在肽链两端加上一小段氨基酸顺序 （不含Gly-X-Y序列），即前肽 （prepeptide）,成为前α链（pro-α chain）。
平滑肌
细胞外基质的组成成分及组装形式由 所产生的细胞决定，并与组织的特殊功 能需要相适应。 角膜的ECM为透明柔软的片层; 骨、牙者坚硬如岩石; 肌腱者坚韧如绳索; 眼中的玻璃体透明而柔软； 上皮和结缔组织者如节片。 尽管ECM具有如此的多样性，但其生物 学作用却基本相同。
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。
核心蛋白为单链多肽，在同一个核心蛋白上可同时结合一个到上百个同一种类或不同种类的氨基聚糖链，形成大小不等的蛋白聚糖单体，若干个蛋白聚糖单体又能通过连接蛋白与透明质酸以非共价键结合形成蛋白聚糖多聚体。
2.胶原和弹性蛋白1）胶原胶原是细胞外基质中的一个纤维蛋白家族，是动物体内含量最多的蛋白质。
细胞外基质及其与细胞的相互作用
细胞外基质及其与细胞的相互作用一、概述细胞外基质指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构，构成支持细胞的框架，负责组织的构建；对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要的调控作用。
是由一些不溶性大分子构成的、结构精细而错综复杂的网络结构；为细胞的生存及活动提供适宜的场所，并通过信号转导系统影响细胞的形状、代谢、功能、迁移、增殖和分化。
二、细胞外基质的主要组成成分（一）氨基聚糖和蛋白聚糖是一些高分子的含糖化合物。
构成细胞外高度亲水的凝胶，赋予组织良好的弹性和抗压性。
1. 氨基聚糖（GAG ）是由重复的二糖单位构成的直链多糖。
又称粘多糖。
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）。
二糖单位另一个糖残基多为糖醛酸（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸），糖残基带有羧基，呈强负电性。
据糖残基的性质、连接方式、硫酸化数量和存在的部位，可分为六种：（1）透明质酸（HA ）存在于结缔组织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体。
5000-10000个二糖重复单位排列构成。
二糖为N -乙酰氨基葡萄糖-葡萄糖醛酸，是唯一不含硫酰酸基团的氨基聚糖其糖醛酸的羧基带有大量负电荷，其相斥作用使整个分子伸展膨胀，占据很大的空间；在有限的空间可产生膨压，赋予组织良好的弹性和抗压性。
其表面有大量亲水基团，可结合大量水分子，形成凝胶。
在组织创伤、早期胚胎中尤为丰富，促进细胞迁移和增殖。
胚胎发育早期的空间填充物，用于定形，如心脏形成。
作为关节液的重要成分，有润滑作用。
（2）硫酸软骨素（CS ）存在于软骨、角膜、骨、皮肤、动脉。
（3）硫酸皮肤素（DS ）存在于皮肤、血管、心、心瓣膜。
（4）硫酸乙酰肝素（HS ）存在于肺、动脉、细胞表面。
（5）肝素存在于肺、肝、皮肤、肥大细胞。
（6）硫酸角质素（KS ）存在于软骨、角膜、椎间盘。
多糖 纤维蛋白结合作用：胶原和弹性蛋白黏合作用：纤黏连蛋白和层黏连蛋白（非胶原性黏合蛋白） 纤维网架 氨基聚糖和蛋白聚糖凝胶样基质2. 蛋白聚糖（PG）是由氨基聚糖（除透明质酸外）与核心蛋白共价形成的高分子复合物，不同于一般糖蛋白。
医学细胞生物学：11 细胞外基质及其与细胞间的相互作用
2020/10/31
Wanghs Sun Yat-sen University
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一、氨基聚糖及蛋白聚糖
(一)、氨基聚糖(glycosaminoglycan，GAG)
GAG是由重复的二糖单位构成的直链多糖。 二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成， 因糖残基上带有羧基，故氨基聚糖呈强负电性。
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一种是疏水短肽，赋予分子以弹性； 另一种为富含丙氨酸(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。
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2. 弹性蛋白的合成、装配与降解
(1). 弹性蛋白的合成、装配 弹性蛋白在内质网合成后，以可溶性弹性蛋白原的形式分泌 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 弹性蛋白与弹性纤维相互交织，在赋予组织一定弹性的同时， 又具有高度的韧性，可以限制其伸展程度，防止组织撕裂。
5.细胞表面的GAG有传递信息作用：乙酰肝素蛋白聚糖作为质
膜的整合成分，以跨膜蛋白的方式，胞外区可与信号分子结合
6. GAG和PG与组织老化有关：种类和数量随龄变化，胚胎发育
早期，HA生成旺盛，促进细胞增殖、迁移，组织细胞分化；关
节软骨中的PG随龄增长而减少； GAG可结合Ca2+，使组织钙化，
骨盐沉积。
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(四)、氨基聚糖和蛋白聚糖与疾病
Hunter综合症(粘多糖累积病)：先天性缺乏降解氨基聚糖的酶，
导致硫酸皮肤素等氨基聚糖及蛋白聚糖积累。
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医学细胞生物学
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
医学细胞生物学
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
医学细胞生物学
第二节 基底膜
医学细胞生物学
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
医学细胞生物学
第三节 细胞外基质与细胞间的相互作用
• • • • • • • • 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
医学细胞生物学
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。
硫酸乙酰肝 素
肝素 硫酸角质素
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
0.2~3.0
2.0~3.0 0.9~1.8
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
医学细胞生物学
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
医学细胞生物学
细胞外基质及其与细胞的相互作用
概念：细胞外基质（extracellular matrix，ECM） 是指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖 所构成的精密有序的网络结构。
功能：黏连；支持；改变细胞微环境；信号功能。影
响细胞的增殖、分化、存活、和死亡。
类型：胶原、层黏连蛋白和纤连蛋白、氨基聚糖与蛋
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
医学细胞生物学
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
医学细胞生物学
第一节 细胞外基质的主要组成成分
医学细胞生物学
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。
• 3.层粘连蛋白与疾病
医学细胞生物学
Байду номын сангаас
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
医学细胞生物学
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
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
医学细胞生物学
• （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)
白聚糖、弹性蛋白及植物细胞壁 。
医学细胞生物学
第一节 细胞外基质的主要组成成分
细胞外基质
结构表现形式
包括的大分子
凝胶样基质
氨基 聚糖 蛋白 聚糖 胶原
纤维网架
弹性 蛋白 纤连 蛋白 层粘 蛋白
结构作用
黏着作用
医学细胞生物学
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
医学细胞生物学
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
医学细胞生物学
第一节 细胞外基质的主要组成成分
• 三、细胞外基质中的非胶原性黏合蛋白
• （一）纤连蛋白 • 1.分子结构：高分子糖蛋白，包含多个结构域
医学细胞生物学
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
氨基聚糖 透明质酸 硫酸软骨素 硫酸皮肤素 重复二糖单位 葡萄糖醛酸-N-乙酰氨基 葡萄糖 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 每个二糖单位所含硫酸基 组织分布 0 0.2~2.3 1.0~2.0 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