细胞外基质

β链
α链
γ链
硫酸肝素 结合部位
短臂球区
Ⅳ型胶原 结合部位
神经轴突表面 受体结合部位
层黏连蛋白(laminin,LN)
层黏连蛋白功能
1.基底膜主要成分。
2.RGD三肽序列黏 附细胞。
3.调节细胞黏附、
迁移、增殖分化。 Basal laminea
第二节
基膜与整联蛋白
• 1.基膜是多种组织中细胞外基质的特化结
非常重要的作用，它不仅形成Ⅳ型胶原纤维网 络与层黏连蛋白纤维网络之间的连桥，而且还
可协助细胞外基质中其他成分的结合。
• 4.渗滤素（perlecan）
• 渗滤素是一种大的硫酸类肝素蛋白聚糖分子， 它可与许多细胞外基质成分和细胞表面分子交 联结合。
• 5. 核心蛋白多糖（Decorin）
• 核心蛋白多糖（Decorin）是一种主要存在于
构和存在形式。
• 1.1.基膜是细胞外基质特化而成的一种柔 软而坚韧的网膜结构。 • 基膜（basement membrane），又称 “基板”，是细胞外基质特化而成的一种
柔软、坚韧的网膜结构，其厚度约为40～
120nm，以不同的形式存在于不同的组 织结构之中。
1.2 基膜主要由五种普遍存在的蛋白
• 合成：细胞内（细胞核-内质网-高尔基体分泌小泡） • 装配：细胞外 • 降解：细胞外
• 链基因细胞核hnRNAmRNA。 • 糙面内质网-核糖体前体肽链 • 内质网腔：切去信号肽前体链两端有前肽
前 链
• 内质网/高尔基体内：羟基化、糖基化、三 股 螺旋C端前肽以二硫键连接形成前胶原 分子。 • 细胞外基质：切去前肽原胶原分子自我 装配胶原原纤维胶原纤维
结缔组织中与胶原纤维相关的蛋白多糖，有多 种生物活性，调节和控制组织形态发生、细胞
分化、运动、增殖及胶原纤维形成等过程。
2. 整联蛋白
• 2.1 整联蛋白是作为绝大多数细胞外基质组 分受体的穿膜糖蛋白。 • 对外以受体-配体的结合形式，充当着联系细 胞与细胞外基质整体结构的媒介，对内则与细
胞表面膜下胞质溶胶中细胞骨架相连接，成为
L: 300nm, Φ:1.5nm, 每条约1000AA。 Gly: 1/3(选择性糖基化)（甘氨酸 ）
Pro(Hypro)（羟脯氨酸）
Lys(Hylys)（羟赖氨酸）
三肽重复序列：Gly-X-Y
X=Pro、Y=Hypro或(Hylys)
α链及胶原分子（collagen molecule）
羟化和糖
细胞生物学
第十四章
细胞外基质
华中科技大学基础医学院 涂知明
第一节 细胞外基质的主要组分
1.氨基聚糖和蛋白聚糖
2.结构蛋白（胶原与弹性蛋白）
3.非胶原性黏合蛋白（黏性蛋白）
第二节
基膜与整联蛋白
第三节
细胞外基质的生物学作用
第一节
细胞外基质的主要组分
一 、细胞外基质定义 ：
分布于细胞外空间，细胞分泌的由蛋白质
弹性蛋白：
非糖基化疏水纤维蛋白，富含甘氨酸、脯 氨酸，很少羟化。 肽链830个氨基酸，无GlyX-Y重复序列。 呈无规则卷曲状态，相互交联形成细胞外
基质中的弹性网络。
具高度弹性及回缩力。维持皮肤弹性。
弹性蛋白结构
弹性蛋 疏水性短肽 交联短肽(富含Lys) 伸长 回缩
白纤维
构象：
•无规则卷曲状态
•相互交联弹性疏松网络
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 4
胶原纤维束
2.1.1 胶原分子（collagen molecule）
的结构
三条-螺旋肽链组成的3股螺旋结构。
2.1.4 胶原的类型
I型: 皮肤、肌腱、韧带、骨中
II型：软骨
III型:血管壁、疏松结缔组织中
IV型：基底膜
有25种不同的链，每种链由一种基因 编码。每型胶原由3条相同或不同的链构成。
根据胶原的结构和功能可将其分为7类：
• ①纤维性胶原（fibril forming collagen）
• 这是最经典的胶原，如Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ和Ⅺ型胶 原。其肽链长达1000个氨基酸，是结缔组织 中含量最丰富的胶原。
纤黏连蛋白的功能
1.血浆纤黏连蛋白参与血凝、创伤愈合，
增强吞噬细胞的功能。
2.介导细胞与细胞外基质之间黏着。
3.维持细胞形态，调控增殖、迁移、分化等。
3.2 层黏连蛋白(laminin,LN)
基底膜主要结构成分，高分子糖蛋白(820kD)。
α (重链)
β (轻链) γ (轻链)
不对称十字形
细胞表面受 体结合部位
艾杜糖醛酸
N-乙酰半乳糖 -4-硫酸
1.1 六类7种 ( 据糖基连接方式 、硫酸化位置分类)： 透明质酸（HA）
硫酸软骨素（CS）(4-硫酸软骨素; 6-硫酸软骨素)
硫酸皮肤素（DS）
硫酸角质素（KS）
硫酸乙酰肝素（HS）
肝素（heparin）
1.2 透明质酸（hyaluronic acid, HA）
胶原的合成
切去信号肽、N端和C 端有前肽(前-链)。高 尔基体羟基化、糖基化
切去前肽，形成直径1.5nm、 长300nm的原胶原分子
形成二硫键，以氢键连接形 成三股螺旋的前胶原。
前胶原合成后分泌 进入细胞间隙中
前肽的功能：诱导装配，分泌前防止交联成胶原原纤维
胶原的形成
原胶原分子
胶原纤维
胶原原纤维
个氨基酸，中间穿插许多非胶原序列。这一
纤维的两个氨基端肽连接到基底膜的某种分 子上起锚定作用，故名锚丝状胶原。
• ⑤三螺旋区不连续的纤维相关性胶原（fibril associated collagens with interrupted triplehelices；FACIT）这一组包括Ⅸ、Ⅻ、ⅩⅣ、 ⅩⅥ及ⅩⅨ型胶原，而且其数目还不断增加。 • ⑥ 跨膜性胶原（transmembrane collagen）
成分所构成
• 1.Ⅳ型胶原
• 是构成基膜的主要结构成分之一。 • 2.层黏连蛋白 • 层黏连蛋白是在胚胎发育过程中最早合成的 基膜成分。层黏连蛋白以其特有的非对称型
十字结构，相互之间通过长、短臂臂端的相
连，装配成二维纤维网络结构。
• 3.内联蛋白（endonexin）
• 内联蛋白分子呈哑铃状，在基膜的组装中具有
• ②网状胶原（network
forming
collagen）
• 如Ⅳ、Ⅷ和Ⅹ型胶原，主要分布于基底膜中。
• ③微丝状胶原（microfilament forming
collagen） • ④锚丝状胶原（collagen of filament） • Ⅶ型胶原属此组，其肽链三螺旋长达1530 anchoring
和多糖构成的高度水合Biblioteka Baidu纤维网络凝胶结构。
来源：成纤维细胞（主） 特化组织细胞
功能： 对细胞支持、连接、保护、营养；
与细胞各种生命活动有关；
与组织细胞病理过程有关； 创伤修复、纤维化、细胞恶变、侵润、转移
含量种类差别大、决定组织物理性状适合其功能 上皮组织 含量少： 肌组织
脑、脊髓、肝 含量多： 结缔组织
蛋白聚糖单体
一条核心蛋白可结合100条以 上相同或不同的氨基聚糖 蛋
白聚糖单体
蛋白聚糖单体 连接蛋白 透明质酸 非共价 蛋白聚糖多聚体
形成巨大多聚体
异质性高
分类困难 分 子
核心蛋白
氨基聚糖
筛
透明质酸
蛋白聚糖多聚体
1.3.2 蛋白聚糖的合成
核心蛋白在RER核糖体上合成，高尔基体内 装配直链多糖（GAG）。硫酸化、异构化修饰。 核心蛋白Ser－连接四糖－糖基转移酶合成糖链
基化稳 定的3 -
螺旋结构
胶原分子
弹性纤维
2.1.2 胶原原纤维（collagen fibril）
不同的胶原分子首尾相隔35nm,相邻分子相 错1/4长度阶梯式有序排列，侧向间共价结合， 彼此交联聚合形成直径不同（10~300nm）、 长短不等（150~数百μm)的细纤维束。
胶原原纤维（collagen fibril）
高分子量糖蛋白，含糖4.5 % ~9.5%。 亚单位约2500个氨基酸，羧基末端二硫键 形成二聚体，呈V字型。 血浆FN（二聚体） 细胞FN（多聚体）
纤黏连蛋白( fibronectin, FN )
纤维蛋白 胶原 细胞 肝素 肌动蛋白
RGD 三肽序列
Arg-Gly-Asp (精aa-甘aa-天冬aa)
1.3.3 氨基聚糖和蛋白聚糖功能：
构成水合凝胶样基质
使组织具有弹性和抗压性
对物质转运有选择渗透性 传递信息/抗凝血功能 角膜中的PG有透光性 组织老化有。
2 胶原与弹性蛋白（结构蛋白）
2.1 胶原（collagen）
• 体内含量最多的蛋白(25%)。
• 高度特化、不溶性的纤维蛋白家族。 • 分布于各种组织细胞间。 • 不同组织中胶原的含量差别很大。 • 成纤维细胞、成骨细胞、软骨细胞合成分泌。
在细胞外基质蛋白聚糖组分的所有七种氨基
聚糖中，只有透明质酸是以非共价键形式和蛋白 质进行结合。

形态：呈无规则卷曲状 降解：透明质酸酶 功能：赋予组织弹性、抗压性 促进细胞迁移、增殖创伤修复愈合
1.3 蛋白聚糖(proteoglycan, PG）
1.3.1 组成结构：
氨基聚糖
核心蛋白
共价结合
• 如ⅩⅦ型胶原，它有一个细胞内非胶原区，一个跨
膜区和细胞外胶原尾巴。这种胶原主要由皮肤基底 角化细胞产生，在肝脏中未发现。
• ⑦尚未分类的胶原 • 包括ⅩⅢ，ⅩⅤ和ⅩⅧ型胶原。ⅩⅢ型胶原主 要分布于皮肤附属器、骨、软骨、横纹肌及肠 道黏膜，但不见于肝脏。
2.1.5 胶原的合成装配与降解
• 来源：成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、 上皮细胞等
胶原的分子结构
胶原的分子间和分子内交联
2.1.3 胶原纤维
胶原原纤维 赖氨酸残基横联共价结合 胶原纤维束
Assembly of collagen fibers begins in the ER and is completed outside the cell
Abnormalities in collagens can cause serious disorders.
2.1.7 胶原的发生与疾病
遗传性胶原病：胶原的表达或装配异常， 如成骨发育不全综合症。 病理性纤维化：胶原表达过度，分配
比例失调，如肝硬化。
免疫性胶原病：类风湿性关节炎、肾炎。 胶原纤维形成异常：坏血病。
问题：
为什么几百年前，远航的船员大多会因
为大出血而丧命？
2.2 弹性蛋白（elastin）
1.氨基聚糖和蛋白聚糖
氨基聚糖（glycosaminoglycan,GAG） 重复的二糖单位构成的直链多糖。 化学组成： 二 糖 单 位 氨基己糖 (N-氨基葡萄糖 / 氨基半乳糖 )
糖醛酸 (葡萄糖醛酸/艾杜糖醛酸)
重复二糖单位构成的直链多糖,多数糖基硫酸化并
带有羧基，呈强负电性。 硫酸皮肤素二糖重复单位
弹性蛋白
弹性纤维 微原纤维壳 （糖蛋白）
3. 非胶原性黏合蛋白
细胞外基质中一类多功能大分子。发现数十种。 共同特点：既可以与细胞结合又可以与细胞外
基质中其他大分子结合，使细胞与细胞外基质黏着，
是细胞外基质的组织者。 主要包括： 纤黏连蛋白
层黏连蛋白
3.1 纤黏连蛋白( fibronectin, FN )
2.1.6 胶原的功能
• 皮下结缔组织中，胶原成柳条状有多向抗张性。
• 肌腱中沿应力主轴平行成束排列，具韧性、抗 张性。 • Ⅲ型胶原组成纤维网络，包围于骨骼肌和平滑 肌细胞周围。
• Ⅳ型胶原构成各种上皮细胞基膜的网架结构。
• 在成熟的骨骼、角膜和横膈肌腱中，形成有序 的胶合板样结构。 • 胶原经细胞表面受体介导与细胞骨架相互作用。
二糖单位： N-乙酰氨基葡萄糖 葡萄糖醛酸 -1,3连接组成
5 000－10 000个二糖重复单位
N-乙酰氨基葡萄糖
葡萄糖醛酸
透明质酸（hyaluronic acid, HA）
透明质酸（hyaluronic acid， HA）

结构：最简单,相对分子量最大 ； 不发生硫酸化； 含有大量亲水基团、负电荷；
平滑肌
神经组织
骨组织
二、细胞外基质的组成成分
1. 氨基聚糖和蛋白聚糖—— 凝胶样基质 2. 胶原和弹性蛋白——结构蛋白， 纤维网架 3. 非胶原糖蛋白——黏着蛋白（纤黏连蛋白和 层黏连蛋白）
细胞外基质
上皮细胞 基底膜 巨噬细胞 弹性纤维 肥大细胞 胶原纤维
成纤维细胞 蛋白多糖
结缔组织中的细胞外基质