第11篇 细胞外基质及其及细胞的相互作用

3.功能 是构成弹性纤维的主要成份，与胶原纤维相互交
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
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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
Ⅴ [21((ⅤⅤ))]2
皮肤，血管，内部器官 平滑肌细胞 成肌细胞
Ⅵ
1(Ⅵ) 2(Ⅵ) 血管，子宫，胎盘，皮肤 成纤维细胞
3(Ⅵ)
结缔组织
软骨细胞
Ⅶ [1(Ⅶ)]3
第一节 细胞外基质的主要成分
一、氨基聚糖与蛋白聚糖（凝胶样基质成分） 二、胶原蛋白与弹性蛋白（纤维状网架成分） 三、纤粘连蛋白与层粘连蛋白（粘着成分）
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一、氨基聚糖与蛋白聚糖
（一）氨基聚糖
1.结构：重复的二糖单位构成的直链多糖(详见表11-1)。
二糖单位：
己糖醛酸：葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸 氨基己糖： N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖
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 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
每二糖单位 所含硫酸基
0 0.2~2.3 1.0~2.0 0.2~3.0 2.0~3.0 0.9~1.8
不能形成正常的胶原原纤
维。
2.成骨不 骨骼发育不良，基因突变导致 I 型胶原合成
全综合征 骨质疏松变脆，障碍，结缔组织中I 型胶原
蓝色巩膜，听 含量下降；胶原纤维成熟
力丧失
受抑制，骨结构异常改变
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疾病
3.类风 湿性关 节炎
4.爱唐 综合征
主要临床症状
致病机制
关节疼痛、肿胀，活动受 产生了针对胶原
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❖ Assembly of collagen fibers begins in the ER and is completed outside the cell
❖Abnormalities in collagens can cause serious disorders.
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（3） 胶原的降解 胶原由胶原酶降解，更新十分缓慢。 胶原酶活性的影响因素： 活化因素：创伤、癌变、蛋白酶、纤溶酶 等 抑制因素：结缔组织合成的胶原酶抑制剂、 雌二醇、孕酮
分布：分布于各种组织，尤其在结缔组织中特 别丰富，是细胞外基质的网状结构。
来源：由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞及 某些上皮细胞合成并分泌。
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胶原在不同组织中的含量
组织
脱钙骨 跟腱 皮肤 角膜 软骨 韧带 主动脉
肺 肝
胶原的含量（克/100 克干重）
88.0 86.0 71.9 68.1 46~63 17.0 12~24 10
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，
复层鳞状上皮(皮肤, 口腔, 阴道, 子宫粘膜等)下方
上皮细胞
Ⅷ [1(Ⅷ)]3
弹性软骨，软骨生长板， 软骨周围，骨膜，脊索
内皮细胞
Ⅸ
1(Ⅸ) 2(Ⅸ) 透明软骨（与II型胶原纤
3(Ⅸ)
维共存）
成软骨细胞
Ⅹ [1(Ⅹ)]3
增生性软骨（内软骨骨化 增殖中的软
区）
骨细胞 20
3. 胶原的合成、装配与降解 合成胶原的细胞类型：
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RGD 三肽序列
Arg-Gly-Asp (精aa-甘aa-天冬aa)
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2.功能 （1）将细胞固定于基质或支持表面； （2）参与细胞分化和胚胎发育器官发生期的
细胞迁移； （3）血浆纤连蛋白促进凝血及创伤修复。
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3.纤粘连蛋白与疾病 （1）患肝脏疾病时，血浆FN蛋白量减少； （2）肾小球基膜中的FN蛋白与肾小球肾炎发
组织分布
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
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）
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4.胶原的主要功能
（1）抗牵拉损伤作用：皮肤、肌腱中的胶原；
（2）抗骨折作用：骨骼中的胶原；
（3）保护细胞：腺泡、肌肉细胞周围的胶原；
（4）维持组织、器官完整性：组织、器官表面 和内部的胶原
总体上，胶原与细胞表面整联蛋白结合将细胞 与细胞外基质连在一起，在组织构建中起重要 作用。
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附：IV型胶原的结构特点
糖基化，很少羟基化。不含胶原特有的三肽序 列。
（2）肽链由两种类型短肽（各由一外显子编码） 交替排列构成：
疏水性短肽：赋予分子以弹性。
-螺旋短肽：富含丙氨酸和赖氨酸，负责分子 间交联。
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（3）肽链呈不规则螺旋、网络和卷曲结构，具 有高度弹性回缩能力；
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2.分布 主要分布在真皮、韧带、弹性动脉等位置。
4
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
含量多： 结缔组织
平滑肌
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2.细胞外基质中的大分子 （1）凝胶样基质成分：氨基聚糖与蛋白聚糖 （2）纤维状网架成分：胶原蛋白与弹性蛋白 （3）粘着成分：纤粘连蛋白与层粘连蛋白 3.胞外基质成分由该组织的细胞合成和分泌。
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4
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1.胶原的分子结构 （1）每个胶原分子是由3条肽
链(20多种)绕成的同源或异 源三股螺旋结构；
（2）富含Gly-Pro-Hypro / Hylys三肽重复顺序；
（3）氨基酸的羟基化与糖基化 使肽链彼此交联，稳定结构。
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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。
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3.氨基聚糖和蛋白聚糖的理化特性
（1）在生理pH值下带有密集的负电荷； （2）电荷互斥使分子呈高度伸展状态，形成多
孔亲水凝胶； （3）电负性吸引Na+，Na+结合水，产生膨胀
压。 （4）具有多态性，核心蛋白的氨基酸序列可以
不同，多糖链的长度和成分可以不同。
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（三）氨基聚糖与蛋白聚糖的功能 1.形成凝胶样基质，使组织具有弹性和抗压性； 2.对物质转运有选择通透性（基膜尤为典型）； 3.肝素具有抗凝血作用； 4.细胞表面的蛋白聚糖具有传递信息的作用； 5.骨组织中的氨基聚糖有助于钙盐沉积和骨的
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概述
1.细胞外基质与细胞的关系 （1）细胞外基质与细胞共同构成组织 （2）对细胞有支持、保护、营养的作用 （3）与细胞代谢、增殖、生长、分化、识别、
黏着、迁移、组织创伤修复等正常生理活动 和异常病理改变有密切关系 （4）基底膜是特化的细胞外基质
就像水对鱼、土壤对植物的作用。
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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。
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表11-1 氨基聚糖的分子特性及组织分布
氨基聚糖
透明质酸(HA) hyaluronic acid 硫酸软骨素(CS) chondroitin sulfate 硫酸皮肤素(DS) dermatan sulfate 硫酸乙酰肝素(HS) heparan sulfate 肝素 heparin 硫酸角质素(KS) keratan sulfate
第十一章 细胞外基质及其与细胞 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
表11-2 几种胶原的分子组成、组织分布及来源
类型 分子组成
组织分布
来源
Ⅰ
[1(I)]2 2(I)
皮肤，肌腱，骨，韧带，角 成纤维细胞 膜，筋膜
Ⅱ
[1(II)]3
透明软骨，椎间盘髓核，玻 成纤维细胞 璃体细纤维，脊索
Ⅲ
皮肤，肌肉，结缔组织，血 成纤维细胞 [1(III)]3 管壁，常与I型胶原共分布 网织红细胞
已发现数十种粘着糖蛋白，研究和了解得最 多的是纤粘连蛋白和层粘连蛋白。
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（一）纤粘连蛋白（fibronectin, FN）
1.结构与分布
（1）二聚体：由2个亚单位C端 借二硫键结合构成V形分子， 是FN蛋白的典型结构和基本 结构。主要由肝实质细胞合
成，可溶，分布于血浆和其 他体液中，称血浆FN。
钙化 6.氨基聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关。（玻
尿酸）
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（四）氨基聚糖和蛋白聚糖与疾病 1.氨基聚糖或蛋白聚糖及其降解中间产物的堆
积造成黏粘多糖贮积症 2.氨基聚糖的变化和蛋白聚糖的异常表达对肿
瘤发生、发展及转移有重要作用。
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二、胶原与弹性蛋白
（一）胶原（collagen）
含量：人体含量最丰富的蛋白质，占人体蛋白 总量的25~30%。为不溶性纤维蛋白，在人体 衰老过程中，组织中胶原蛋白的含量逐渐降 低。
前胶原分子（细胞内）
分泌到细胞外基质中
前胶原分子（细胞外）
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（2）胶原在细胞外的装配
前胶原分子（细胞外）
在细胞基质中由前肽酶 切去前肽
胶原分子（ 1.5×300 nm）
自我组装：相邻分子相 错1/4长度，前后分子相 隔35nm距离
胶原原纤维（有明暗相间的横纹）
胶原原纤维聚集成束
胶原纤维 （直径数µm,光镜下可见）
限
的抗体，导致自
体免疫
骨骼、肌腱缺乏刚性，关 胶原N端延长，
节活动过度，皮肤、肌腱、 或未切去前肽，
血管变脆。
结构异常。
胶原是骨骼、皮肤、巩膜及牙本质等组织的 主要成分，因而这些部位的病变更明显。
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（二）弹性蛋白
弹性蛋白（elastin）是构成细胞外基质中弹性纤 维网络的主要成分。
1.理化特点： （1）高度疏水的纤维蛋白，富含Gly与Pro；非
不同的二糖单位和透明质酸链的二糖单位重复序列
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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。
胶原 细胞 肝素
（2） 多聚体：多个亚单位借二
硫键结合成纤维状聚合体。
主要由间质细胞合成，不溶，
分布在细胞表面和胞外基质，
称细胞FN。
肌动蛋白
纤维蛋 白
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（3）亚单位特征：各种FN亚单位具有5~7个不 同功能的球形结构域。不同结构域可分别与胶 原、肝素、纤维蛋白、凝血因子、多胺、DNA 及细胞表面受体结合。