[精编]细胞生物学第十一章细胞外基质及其细胞的相互作用 提纲

第十一章细胞外基质及其与细胞的相互作用

extracellular matrix, ECM：是细胞分泌到细胞外空间的分泌蛋白和多糖构成的精密有序的网状结构

第一节细胞外基质的主要组成成分

糖胺聚糖与蛋白聚糖；

胶原和弹性蛋白

非胶原性黏合蛋白：纤连蛋白和层粘连蛋白

从结构表现形式上，细胞外基质凝胶样基质糖胺聚糖、蛋白聚糖构成

纤维网架胶原、弹性蛋白（结构作用）

纤连蛋白、层粘连蛋白（黏着作用）

细胞外基质含量因组织种类而不同

细胞外基质的组分、组装形式由产生的细胞决定，并与组织细胞的特殊功能需要相适应；细胞外基质不仅支持、连接、保水、保护，对细胞行为产生全方位的影响

一糖胺聚糖与蛋白聚糖

高分子量的含糖化合物，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（一）糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的直链多糖

过去称“黏多糖”mucopolysaccharide

二糖单位之一：氨基己糖（N-乙酰氨基葡萄糖/ N-乙酰氨基半乳糖）

另一个二糖单位：糖醛酸（葡萄糖醛酸/ 艾杜糖醛酸）

因糖残基上有羧基，故氨基聚糖呈强负电性

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hyaluronic acid, HA ②硫酸软骨素chondroitin sulfate, CS

③硫酸皮肤素dermatan sulfate, DS ④硫酸乙酰肝素heparan sulfate, HS

⑤肝素heparin ⑥硫酸角质素keratan sulfate, KS

透明质酸是糖胺聚糖中结构最简单的一种，其二糖单位是N-乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸，不发生硫酸化

其表面有大量亲水基团，可结合大量水分子，形成凝胶，赋予组织良好的弹性和抗压性

可被透明质酸酶降解

（二）蛋白聚糖是由糖胺聚糖和核心蛋白共价结合形成的高分子量复合物

1 蛋白聚糖的分子结构

蛋白聚糖proteoglycan, PG 是由氨基聚糖（透明质酸除外）与核心蛋白共价形成的高分子复合物

若干个蛋白聚糖单体通过连接蛋白linker protein，以非共价键与透明质酸结合，形成蛋白聚糖多聚体

2 蛋白聚糖合成与装配

核心蛋白肽链在粗面内质网核糖体上合成，在高尔基复合体中装配多糖侧链

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

蛋白聚糖的显著特点——多态性：每种蛋白聚糖都有特有的结构，功能由各自核心蛋白和糖胺聚糖所决定。

（三）糖胺聚糖与蛋白聚糖的功能

糖胺聚糖与蛋白聚糖普遍存在于动物各种组织中，结缔组织含量最高

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.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

6.糖胺聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关

选择

（四）糖胺聚糖和蛋白聚糖与疾病

基因突变引起的缺乏降解糖胺聚糖的酶(如糖苷酶、硫酸酯酶)，将导致糖胺聚糖、蛋

白聚糖、或降解中间产物的体内堆积，形成黏多糖累积病如Hunter综合症

动脉粥样硬化患者的血管内皮细胞表面硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素含量下降，硫酸皮

肤素蛋白聚糖含量升高，容易与低密度脂蛋白结合，导致脂类的血管壁沉积

糖胺聚糖变化、蛋白聚糖异常表达，对肿瘤的发生、发展、转移有重要意义；一些肿瘤

的透明质酸、硫酸软骨素增多，抑制细胞分化，有利于细胞迁移、增殖。

二胶原与弹性蛋白

（一）胶原是细胞外基质中的骨架结构

胶原collagen 是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，

占蛋白总量的25%~30%

胶原遍布于各种器官和组织，在结缔组织中含量最丰富，是细胞外基质的框架结构

胶原由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、某些上皮细胞合成并分泌到细胞外

1 胶原的分子结构

三股螺旋(triple helix)结构，3条α多肽链盘绕而成，称为原胶原

α肽链中的氨基酸组成规律的三肽重复序列Gly-X-Y（Gly 甘氨酸），X多为Pro(脯氨酸)

2 胶原的类型

α链是原胶原的基本亚单位

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，II型胶原是同源三

聚体，III型胶原是同源三聚体，常与I型共分布

IV型胶原异源三聚体

3 胶原的合成装配与降解（下有合成概念简图）

胶原的合成与组装始于内质网，在高尔基体中进行修饰，最后在细胞外组装成胶原纤维

（1）胶原在细胞内的合成

核糖体上合成前α链，不仅含有内质网信号肽，在N端和C端含有一段不含Gly-X-Y序列

的前肽，从C端向N端聚合成三股螺旋结构（前胶原）。前胶原进入高尔基复合体，经过进

一步糖基化修饰，分泌到细胞外。

（2）胶原在细胞外的装配

前胶原分子一旦暴露于细胞外，就被前肽酶切去N端、C端的前肽序列，形成原胶原

分子。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，相邻分子相错

1/4长度，聚合形成明暗相间的胶原原纤维。然后聚合成胶原纤维。

（3）胶原的降解

胶原分子可被胶原酶（collagenase）降解

4 胶原的功能

（1）胶原在不同组织中行使不同功能

（2）胶原与细胞的增殖和分化有关：刺激上皮细胞增殖、诱导细胞分化

（3）哺乳动物在发育的不同阶段表达不同类型的胶原胎儿皮肤表达大量Ⅲ型胶原，渐被I型胶原取代；皮肤损伤，Ⅲ型胶原含量上升

5 胶原与疾病胶原病collagen disease

（1）维生素C缺乏导致坏血病

α链的羟基化和糖基化，此过程需要辅助因子Vc

（2）遗传性胶原病

成骨发育不全综合症，是I型胶原合成障碍

爱唐综合征

（3）免疫性胶原病

类风湿性关节炎、慢性肾炎

（二）弹性蛋白是构成细胞外基质中弹性纤维网络的主要成分

弹性蛋白是弹性纤维的主要成分，是高度疏水的非糖基化纤维蛋白。

肽链不含Gly-x-y 三肽重复序列，不形成三股螺旋，而呈无规则的卷曲

肽链主要由两类短肽交替排列：①疏水性短肽，赋与分子弹性；②螺旋短肽，富含丙氨酸、赖氨酸，在相邻分子间形成交联

弹性蛋白以可溶性弹性蛋白原tropoelastin 的形式，分泌到细胞外，并通过赖氨酸残基之间相互交联装配形成弹性纤维网

弹性蛋白的降解主要由弹性蛋白酶elastase 催化

弹性纤维elastic fiber 并非单纯由弹性蛋白构成，弹性蛋白表面包饶一层糖蛋白组成的弹性蛋白是动脉中含量最高的细胞外基质蛋白

三细胞外基质中的非胶原糖蛋白