細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理

本章內(nèi)容提要第一節(jié)ECM成份一、膠原二、纖粘連蛋白三、層粘連蛋白四、氨基聚糖及蛋白聚糖五、彈性蛋白第二節(jié)ECM生物學(xué)作用 細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第1頁(yè)機(jī)體各種組織和器官都是由細(xì)胞核細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）共同組成。

ECM是指位于上皮或內(nèi)皮細(xì)胞下層、結(jié)締組織細(xì)胞周?chē)?，為組織、器官甚至整個(gè)機(jī)體完整性提供力學(xué)支持和物理強(qiáng)度物質(zhì)。什么是ECM？細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第2頁(yè)骨細(xì)胞、軟骨組織和結(jié)締組織細(xì)胞外基質(zhì)掃描電鏡照片左：骨細(xì)胞；中：軟骨組織；右：結(jié)締組織ECM成份及組裝形式由所產(chǎn)生細(xì)胞決定，并與組織功效相適應(yīng)。如：角膜、肌腱。不一樣組織細(xì)胞分泌形成ECM在特征上有顯著差異。能夠分泌和形成ECM主要細(xì)胞類群是成纖維細(xì)胞和少數(shù)其它特化組織細(xì)胞。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第3頁(yè)ECM是細(xì)胞外大分子組成高度有組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。影響細(xì)胞存活、死亡、增殖和分化。包含：膠原collagen、非膠原糖蛋白non-collagenglycoprotein、氨基聚糖與蛋白聚糖proteoglycan、彈性蛋白elastin等。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第4頁(yè)結(jié)締組織中含量較高。主要成份：不溶性各類纖維（膠原和彈性蛋白）+可溶性多聚體蛋白分子（蛋白聚糖和糖蛋白）。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第5頁(yè)上皮組織細(xì)胞外基質(zhì)

細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第6頁(yè)第一節(jié)ECM成份細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第7頁(yè)一、膠原Collagen是人體最豐富蛋白，占蛋白總量30％以上。ECM主要成份，屬不溶性纖維蛋白質(zhì)。功效：骨架結(jié)構(gòu)，參加形成結(jié)締組織，如骨、韌帶、基膜、皮膚；參加信號(hào)傳遞。組成：由原膠原tropocollagen交聯(lián)而成。類型：已知最少20種膠原，由不一樣結(jié)構(gòu)基因編碼。I、II、III、V、XI型膠原為有橫紋纖維形結(jié)構(gòu)。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第8頁(yè)各類膠原都有兩個(gè)共同特點(diǎn)∶①都是由三條肽鏈組成；②各類膠原蛋白氨基酸組成完全不一樣，這在其它蛋白質(zhì)中從未發(fā)覺(jué)過(guò)。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第9頁(yè)分子結(jié)構(gòu)：膠原纖維基本結(jié)構(gòu)單位是原膠原。其肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)含有(Gly-x-y)n重復(fù)序列，其中x常為脯氨酸(Pro)，y常為羥脯氨酸(Hypro)或羥賴氨酸(Hylys)。原膠原是由三條α-肽鏈組成纖維狀蛋白質(zhì)，相互擰成三股螺旋狀構(gòu)型，長(zhǎng)300nm，直徑1.5nm。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第10頁(yè)原膠原間共價(jià)交聯(lián)，呈階梯狀排列，形成膠原纖維，在電鏡下可見(jiàn)間隔67nm橫紋。新生兒膠原交聯(lián)程度低而易于抽提。老年人膠原交聯(lián)程度高，組織僵硬老化。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第11頁(yè)電鏡照片所表示是雞胚胎結(jié)締組織膠原纖維;圖解是膠原分子結(jié)構(gòu)。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第12頁(yè)合成：由成纖維細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、上皮細(xì)胞分泌。在RER上合成，形成三股螺旋之前于Pro及Lys殘基上進(jìn)行羥基化修飾。羥化反應(yīng)由脯氨酰4、脯氨酰3羥化酶催化。Vc是酶輔助因子，Vc缺乏造成羥化反應(yīng)不能進(jìn)行。非羥化前α鏈在細(xì)胞內(nèi)被降解。因而，膳食中缺乏Vc可造成血管、肌腱、皮膚變脆，易出血，稱為壞血病。交聯(lián)：由側(cè)向相鄰lys或hyl殘基氧化后所產(chǎn)生兩個(gè)醛基間進(jìn)行縮合而成。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第13頁(yè)

脊椎動(dòng)物中膠原合成、裝配與分泌膠原蛋白是在膜結(jié)合核糖體上起始合成，然后進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，經(jīng)過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體加工修飾和裝配，最終分泌到細(xì)胞外基質(zhì)中細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第14頁(yè)

膠原裝配主要步驟由前體肽裝配成前膠原時(shí)，是經(jīng)過(guò)分子內(nèi)交聯(lián)完成。而由膠原裝配成膠原原纖維(collagenfibril)則是經(jīng)過(guò)分子間交聯(lián)細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第15頁(yè)原膠原共價(jià)交聯(lián)后成為含有抗張強(qiáng)度不溶性膠原。胚胎及新生兒膠原因缺乏分子間交聯(lián)而易于抽提。隨年紀(jì)增加，交聯(lián)日益增多，組織僵硬老化。膠原作用為細(xì)胞外基質(zhì)提供了一個(gè)水不溶性框架，決定細(xì)胞外基質(zhì)機(jī)械性質(zhì)。某一特定組織性能通常與膠原分子三維結(jié)構(gòu)相關(guān)。骨、腱和皮膚等組織細(xì)胞外基質(zhì)膠原含量高，剛性及抗張力大。膠原含有促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)作用，如肝細(xì)胞等在含有膠原培養(yǎng)基上生長(zhǎng)較快。在細(xì)胞分化中，膠原基質(zhì)和提純膠原底物含有維持并誘導(dǎo)細(xì)胞分化作用。許多試驗(yàn)證實(shí)，某種細(xì)胞經(jīng)過(guò)特異粘連蛋白介導(dǎo)，能夠粘連到特定類型膠原上。許多上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞經(jīng)層粘連蛋白介導(dǎo)可與基膜中Ⅳ型膠原粘連。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第16頁(yè)過(guò)分松弛皮膚癥

這是1890年拍攝“彈性皮膚人”照片，是因?yàn)槟z原裝配不正確引發(fā)遺傳綜合癥。在一些個(gè)體中，因?yàn)槟z原酶缺點(diǎn)而引發(fā)，因?yàn)槟z原酶缺點(diǎn)，不能將前膠原轉(zhuǎn)變成膠原。假如編碼膠原基因發(fā)生突變，將造成膠原病。若影響到膠原纖維正確裝配，皮膚和其它各種結(jié)締組織就會(huì)所以降低強(qiáng)度而變得非常松弛。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第17頁(yè)二、非膠原蛋白是細(xì)胞外基質(zhì)成份組織者，含有分別與細(xì)胞及其它ECM成份結(jié)合多個(gè)結(jié)構(gòu)域。功效：使細(xì)胞與ECM相互黏附，同時(shí)介導(dǎo)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)遷移，并在細(xì)胞分化和創(chuàng)傷修復(fù)中起主要作用。類型：纖黏連蛋白、層黏連蛋白、親玻纖黏連蛋白、軟骨黏連蛋白、凝血酶應(yīng)答蛋白和vonwillebrand因子等。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第18頁(yè)I、纖粘連蛋白Fibronectin（FN）類型：血漿FN：V字形二聚體，可溶，存在于血漿、體液。細(xì)胞FN：多聚體，不溶，存在于ECM及細(xì)胞表面。已判定FN亞單位20種以上。由同一基因編碼，轉(zhuǎn)錄后拼接不一樣，形成各種異型分子。結(jié)構(gòu)：含糖4.5－9.5％。每條FN有5－7個(gè)有特定功效結(jié)構(gòu)域FN是一個(gè)大纖維狀糖蛋白，由兩個(gè)亞單位組成二聚體，兩條肽鏈C端以二硫鍵共價(jià)相連，形成“V”形分子。

細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第19頁(yè)FN是一個(gè)高相對(duì)分子質(zhì)量粘附性糖蛋白，廣泛存在于動(dòng)物界，包含海綿、海膽及哺乳動(dòng)物類。每個(gè)FN亞基上有與膠原、細(xì)胞表面受體、血纖蛋白和硫酸蛋白多糖高親和結(jié)合位點(diǎn)。RGD序列:FN中與細(xì)胞結(jié)合結(jié)構(gòu)域中Arg-Gly-Asp三肽序列

細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第20頁(yè)fibronectindimer組裝：不自發(fā)組裝成，受細(xì)胞表面受體指導(dǎo)。腫瘤細(xì)胞表面FN降低，因受體異常所致。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第21頁(yè)功效：介導(dǎo)細(xì)胞粘著，進(jìn)而調(diào)整細(xì)胞形狀和細(xì)胞骨架組織，促進(jìn)細(xì)胞鋪展；FN可將細(xì)胞連接到ECM上；FN上RGD（Arg-Gly-Asp）序列可與細(xì)胞表面整合素結(jié)合。影響細(xì)胞遷移；在正常組織里，細(xì)胞是由各種多樣糖蛋白粘連起來(lái)，并約束在一個(gè)固定位置上，主要是靠FN來(lái)維持其穩(wěn)定狀態(tài)。在胚胎發(fā)生過(guò)程中，纖連蛋白對(duì)于許多類型細(xì)胞遷移和分化是必需。在創(chuàng)傷修復(fù)中，纖連蛋白促進(jìn)巨噬細(xì)胞和其它免疫細(xì)胞遷移到受損部位。在血凝塊形成中，纖連蛋白促進(jìn)血小板附著于血管受損部位。人工合成RGD三肽可抑制細(xì)胞在FN基質(zhì)上粘附。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第22頁(yè)Fibronectinhelpsconnecttheinsideofthecelltotheoutside細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第23頁(yè)II、層粘連蛋白laminin(LN)結(jié)構(gòu)：由3條肽鏈借二硫鍵交聯(lián)成十字形分子。已知7種LN，8種亞單位（α1-3、β1-3、γ1-2）。與FN不一樣，這8種亞單位由不一樣基因編碼。含糖量很高（15-28％），含有50條左右N-連接糖鏈。細(xì)胞經(jīng)過(guò)LN錨定于基膜上，最少存在兩個(gè)不一樣受體結(jié)合部位：與Ⅳ型膠原結(jié)合部位；與細(xì)胞質(zhì)膜上整合素結(jié)合Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第24頁(yè)層粘連蛋白結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)上展現(xiàn)不對(duì)稱十字形，由一條長(zhǎng)臂和三條相同短臂組成。β1和β2短臂上有兩個(gè)球形域，α鏈上短臂有三個(gè)球形結(jié)構(gòu)域，其中有一個(gè)結(jié)構(gòu)域同Ⅳ型膠原結(jié)合，第二個(gè)結(jié)構(gòu)域同肝素結(jié)合，還有同細(xì)胞表面受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第25頁(yè)層粘連蛋白是基膜(basallamina)主要結(jié)組成份?；な且粋€(gè)復(fù)合細(xì)胞外結(jié)構(gòu)，通常位于上皮和內(nèi)皮基底面，是細(xì)胞外基質(zhì)特異區(qū)，將細(xì)胞層和其下結(jié)締組織分開(kāi)。經(jīng)典基膜厚約50nm，有些基膜厚度達(dá)200nm。形成基膜組織和細(xì)胞:①肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞表面;②上皮組織基底面下方，如皮膚上皮下表面;③血管內(nèi)皮細(xì)胞下表面。另外，施旺細(xì)胞(Schwanncells)表面也有基膜。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第26頁(yè)結(jié)構(gòu):基膜是由不一樣蛋白纖維組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，LN是基膜主要成份，也是基膜組織者，而Ⅳ型膠標(biāo)準(zhǔn)是基膜網(wǎng)狀鋼架。功效:

基膜不但對(duì)組織結(jié)構(gòu)起支持作用，同時(shí)也是滲透性障礙，調(diào)整分子和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第27頁(yè)LN功效：組成基膜，是胚胎發(fā)育中最早出現(xiàn)ECM。LN分子中含有與Ⅳ型膠原、細(xì)胞表面、及其它蛋白聚糖結(jié)合位點(diǎn)。在基膜中，主要功效就是作為基膜主要結(jié)組成份對(duì)基膜組裝起關(guān)鍵作用，在細(xì)胞表面形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并將細(xì)胞固定在基膜上。LN還有許多其它作用，如在細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中刺激細(xì)胞粘著、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。LN還能夠刺激胚胎中神經(jīng)軸生長(zhǎng)，并促進(jìn)成年動(dòng)物神經(jīng)損傷后再生。如同纖粘連蛋白，細(xì)胞外LN能夠影響細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移和分化。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第28頁(yè)四、氨基聚糖及蛋白聚糖1．氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）是重復(fù)二糖單位組成無(wú)分枝長(zhǎng)鏈多糖。因二糖單位之一常為氨基糖（N-乙酰氨基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖）而得名。二糖單位通常由氨基已糖和糖醛酸組成?？煞譃榱N：透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角質(zhì)素。透明質(zhì)酸(HA)是唯一不硫酸化GAG，含多達(dá)10萬(wàn)個(gè)糖基?？山Y(jié)合大量水分子，賦予組織一定抗壓性。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第29頁(yè)氨基聚糖分子特征及分布細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第30頁(yè)2．蛋白聚糖proteoglycan是氨基聚糖（除HA）與關(guān)鍵蛋白絲氨酸殘基共價(jià)連接結(jié)合物。關(guān)鍵蛋白質(zhì)Ser殘基在高爾基體中裝配上GAG鏈。首先合成由四糖組成連接橋（Xyl-Gal-Gal-GlcUA）連接到Ser殘基上，然后再延長(zhǎng)糖鏈。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第31頁(yè)左蛋白聚糖；中蛋白聚糖多聚體；右氨基聚糖

細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第32頁(yè)除HA及肝素外，其它GAG均不游離存在。HA以非共價(jià)鍵連接許多蛋白聚糖單體形成多聚體。如透明質(zhì)酸同糖胺聚糖和關(guān)鍵蛋白組成軟骨組織蛋白聚糖復(fù)合物，稱為透明質(zhì)酸-蛋白聚糖復(fù)合物。在這種復(fù)合物中，透明質(zhì)酸作為一個(gè)長(zhǎng)軸，將蛋白聚糖連接在一起，形成更大更復(fù)雜蛋白聚糖，使細(xì)胞外基質(zhì)含有更大抗壓性。HA在軟骨組織ECM蛋白聚糖中作用細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第33頁(yè)蛋白聚糖和透明質(zhì)酸-蛋白聚糖復(fù)合物直接與膠原纖維連接形成動(dòng)物細(xì)胞外纖維-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不一樣類型膠原和不一樣類型蛋白聚糖連接形成不一樣纖維-網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于提升細(xì)胞外基質(zhì)連貫性起關(guān)鍵作用。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第34頁(yè)蛋白聚糖特征與功效顯著特點(diǎn)是多態(tài)性：不一樣關(guān)鍵蛋白,不一樣氨基聚糖；軟骨中蛋白聚糖是最大巨分子之一,賦予軟骨以凝膠樣特征和抗變形能力；蛋白聚糖可視為細(xì)胞外激素富集與儲(chǔ)存庫(kù)，可與各種生長(zhǎng)因子結(jié)合，完成信號(hào)傳導(dǎo)。細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第35頁(yè)彈性蛋白(elastin)是彈性纖維主要成份，外面包著一層由微原纖維（糖蛋白）組成殼。彈性纖維與膠原纖維共同存在，分別賦予組織以彈性及抗張性。彈性纖維伸展性比一樣橫截面積橡皮條最少大5倍。彈性纖維主要存在于脈管壁及肺，亦少許存在于皮膚、肌腱及疏松結(jié)締組織中。老年組織中彈性蛋白生成降低，降解增強(qiáng)，以致組織失去彈性。彈性蛋白是高度疏水非糖基化蛋白，含有兩個(gè)顯著特征:構(gòu)象呈無(wú)規(guī)則卷曲狀態(tài)；經(jīng)過(guò)Lys殘基相互交連成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。五、彈性蛋白elastin細(xì)胞外基質(zhì)作用機(jī)理第36頁(yè)