细胞外基质优秀PPT.ppt

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1、 第十四章第十四章 细胞外基质及其与细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞的相互作用 内内 容容概概 述述第一节第一节 胶原与弹性蛋白胶原与弹性蛋白其次节其次节 非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白第三节第三节 氨基聚糖和蛋白聚糖氨基聚糖和蛋白聚糖第四节第四节 细胞外基质的生物学作用细胞外基质的生物学作用第五节第五节 细胞外基质与医学细胞外基质与医学 多细胞生物多细胞生物 细胞细胞(cell)：机体形态结构与功能的基本单位机体形态结构与功能的基本单位 组织（组织（tissue):众多的细胞由细胞外基质组合在众多的细胞由细胞外基质组合在 一起构成的细胞群体。一起构成的细胞群体。（上皮组织，结缔组织，肌组织，神经

2、组织）（上皮组织，结缔组织，肌组织，神经组织）组织组织(tissue)器官器官(organ)系统系统(system)概概 述述 在生物多细胞有机体内，除细胞之外还有非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，即细胞性的固有物质成分，即细胞外基质细胞外基质（extracellular matrixextracellular matrix，ECMECM）。）。分布于细胞外空间，细胞分泌的由分布于细胞外空间，细胞分泌的由蛋白蛋白质和多糖质和多糖构成的高度水合性纤维网络凝胶结构。构成的高度水合性纤维网络凝胶结构。细胞外基质细胞外基质定义定义 ：来源：成纤维细胞（主要）来源：成纤维细胞

3、（主要）特化特化组织组织组织组织细胞细胞 细胞外基质是由大分子构成的结构精细而错综困难的网络。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、确定组织物理性状适合其功能含量种类差别大、确定组织物理性状适合其功能上皮组织上皮组织 肌组织肌组织 脑脊髓脑脊髓 肝肝含量少：含量少：含量多：含量多：结缔组织结缔组织平滑肌平滑肌 细胞外基质的组成成分及组装形式由所产生的细胞确定，并与组织的特殊功能须要相适应。角膜的ECM为透亮松软的片层;骨、牙者坚硬如岩石;肌腱者坚韧如绳索;眼中的玻璃体透亮而松

4、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。胶原和弹性蛋白胶原和弹性蛋白纤维网架纤维网架非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白（纤连蛋白和层粘连蛋白）（纤连蛋白和层粘连蛋白）粘着成分粘着成分氨氨基聚糖和蛋白聚糖基聚糖和蛋白聚糖凝胶样基质凝胶样基质 细胞外基质的组成：细胞外基质的组成：细胞与细胞外基质构成了完整的组织，是相互依存的关系。ECM成分的合成、分泌和组装是细胞活动的产物，其化学成分为蛋白和多糖。ECM不仅参与组织结构的维持，而且对细胞的存活、形态、功能、代谢、增殖、分化、迁移等基本生命活动具有多方位的影响。ECM成分可以借助其细胞表面的特异性受体向细胞发出信号，

5、通过细胞骨架或各种信号转导途径将信号传导至细胞质，乃至细胞核，影响基因的表达及细胞的活动。ECM成分及其生物学作用的探讨倍受重视，近年来已成为细胞生物学领域的一个探讨热点及新的进展点。单细胞生物也常借助于单细胞生物也常借助于ECMECM而联结为群而联结为群落。落。在进化过程中，随着多细胞生物的出在进化过程中，随着多细胞生物的出现，现，ECMECM发展成机体的固有成分。发展成机体的固有成分。第一节第一节 胶原与弹性蛋白胶原与弹性蛋白一、一、胶原（胶原（collagen）高度特化、不溶性的纤维蛋白家族。高度特化、不溶性的纤维蛋白家族。体内含量最多的蛋白体内含量最多的蛋白(30%)。分布于各种组织细

6、胞间。分布于各种组织细胞间。不同组织中胶原的含量差别很大。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。成纤维细胞、成骨细胞、软骨细胞合成分泌。胶胶原原（collagencollagen）是是胶胶原原蛋蛋白白的的简简称称，是是ECMECM中中特特化化的的蛋蛋白白质质，其其含含量量约约占占人人体体蛋蛋白白质质总总量量的的30%30%以以上上（动动物物体体内内含含量量最最丰丰富富的的蛋蛋白白质质），遍遍布布于于各各种种组组织织细细胞胞间间，构成构成ECMECM的结构框架。的结构框架。胶原在不同组织中的含量胶原在不同组织中的含量 /组组织织胶原的含量胶原的含量（克克100克干

7、重克干重）脱钙骨脱钙骨88.0跟跟腱腱86.0皮皮肤肤71.9角角膜膜68.1软软骨骨4663韧韧带带17.0主动脉主动脉1224肺肺10肝肝4（一）胶原分子的结构特点（一）胶原分子的结构特点 三条三条螺旋肽链盘绕成的三股螺旋结构；螺旋肽链盘绕成的三股螺旋结构；每条肽链约每条肽链约10001000个氨基酸残基；个氨基酸残基；甘氨酸甘氨酸(Gly)(Gly)含量约占三分之一；含量约占三分之一；富含脯氨酸富含脯氨酸(Pro)(Pro)和赖氨酸和赖氨酸(Lys);(Lys);不含色氨酸、酪氨酸和蛋氨酸不含色氨酸、酪氨酸和蛋氨酸;脯氨酸常常羟化成羟脯氨酸脯氨酸常常羟化成羟脯氨酸(HyPro);(HyP

8、ro);赖氨酸常常羟化成羟赖氨酸赖氨酸常常羟化成羟赖氨酸(HyLys);(HyLys);赖氨酸选择性的糖基化。赖氨酸选择性的糖基化。肽链中的氨基酸组成规则呈三肽重复依次:Gly-X-Y X:Pro Y:HyPro或HyLys 由于甘氨酸的分子质量最小，使肽链相互紧紧缠绕，卷曲形成规则的螺旋结构，羟化和糖基化使肽链相互交联。形成稳定的3螺旋结构。胶原是不溶于水的纤维性蛋白，属于胶原是不溶于水的纤维性蛋白，属于 硬蛋白硬蛋白（scleroprotein）类。类。（二）胶原的类型（二）胶原的类型 不同组织中胶原蛋白其分子类型不同，不同组织中胶原蛋白其分子类型不同，已发觉的胶原类型多达已发觉的胶原类型

9、多达1919种，对种，对至至型型胶原了解最为清晰。胶原了解最为清晰。目前已鉴定出目前已鉴定出2020多种不同的多种不同的链，每链，每种种链可分为若干亚型，如链可分为若干亚型，如1()1()、1()1()、1()1()、1()1()等。每种等。每种链链各由一种基因编码。各种基因产物以不同各由一种基因编码。各种基因产物以不同方式组合成不同类型胶原。方式组合成不同类型胶原。几种主要类型的胶原结构与分布特征几种主要类型的胶原结构与分布特征 型型号号亚基组成亚基组成超微结构超微结构化学特征化学特征分分 子子量量分布分布来源来源1（）22（）67nm条条 状状纤维纤维低低 羟羟 赖赖 氨氨酸酸、低低 糖糖

10、类类95000皮皮肤肤、肌肌腱腱、骨骨、眼眼角角膜膜、韧带韧带成成 纤纤 维维 细细胞胞1（）367nm条条 状状纤维纤维高高 羟羟 赖赖 氨氨酸酸、高高 糖糖类类95000软软骨骨、椎椎间间盘盘、脊脊 索索、玻璃体玻璃体成成 软软 骨骨 细细胞胞 成成 纤纤 维维细胞细胞1（）367nm条条 状状纤维纤维高高 羟羟 脯脯 氨氨酸酸、低低 羟羟赖赖 氨氨 酸酸、低糖类低糖类95000皮皮肤肤、血血管管、子子宫宫、胃胃肠肠道道网状细胞网状细胞1（）22（）网网 状状，非非纤维结构纤维结构很很 高高 羟羟 赖赖氨氨酸酸、高高糖糖类类170000-180000基底膜基底膜上皮细胞上皮细胞 内皮细胞内

11、皮细胞(三三)胶原的合成胶原的合成 产产生生胶胶原原的的细细胞胞主主要要是是间间质质细细胞胞，例例如如由由皮皮肤肤、肌肌腱腱及及其其它它结结缔缔组组织织 的的 成成 纤纤 维维 细细 胞胞（fibroblastfibroblast）、骨骨组组织织和和软软骨骨组组织织的的成成骨骨细细胞胞(osteoblast)osteoblast)和和成成软软骨细胞骨细胞等合成和分泌。等合成和分泌。胶原的合成起先于内质网上的核糖体，胶原纤维装配始于内质网，接着于高尔基复合体进行，最终完成于细胞外。生成的全过程包括细胞内和细胞外两个阶段。1 1在细胞内形成前胶原分子在细胞内形成前胶原分子 胶胶原原分分子子的的基基

12、因因很很大大，一一般般约约为为3030-40Kb40Kb，分分别别由由5050个个左左右右的的外外显显子子和和内内含含子子组组成成，大大多多数数外外显显子子为为5454或或5454的的倍倍数数个个的的核核苷苷酸酸，说说明明链链的的基基因因是是由由含含5454个个核苷酸的原始基因成倍扩大演化而来。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依次（不含Gly-X-Y序列），即前肽（prepeptide）,成为前链（pro-chain）。前前链链N-N-端端前肽前肽具有具有150150个氨基酸残个氨基酸残基，基，C

13、-C-端端前肽前肽具有具有250250个氨基酸残基，具有个氨基酸残基，具有较多的酸性氨基酸及芳香族氨基酸残基，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。带有并含有半胱氨酸残基。带有前肽前肽的的前前链链再被运输到高尔基体中加工。再被运输到高尔基体中加工。在高尔基体中，脯氨酸残基羟化成羟脯氨酸，赖氨酸羟化成羟赖氨酸，并选择性糖基化。然后三条前链在C端前肽之间借助二硫键彼此交联，对齐排列，相互缠绕，合成绳索状的前胶原分子（procollagen molecule）。其前肽序列部分保持非螺旋卷曲状态，阻抑前胶原在细胞内组装成胶原纤维。前胶原分子通过小泡出胞，分泌到细胞外。2.2.在细胞外

14、形成胶原纤维在细胞外形成胶原纤维 分泌到细胞外的分泌到细胞外的前胶原分子前胶原分子，在，在前胶前胶原肽酶原肽酶（蛋白水解酶）的作用下切去（蛋白水解酶）的作用下切去C,NC,N两两端的端的前肽前肽结构序列，形成直径结构序列，形成直径1.51.5nm,nm,长长300300nmnm胶原分子胶原分子（collagen moleculecollagen molecule）。）。胶原分子按相邻分子相交织四分之一长度（约67 nm）、前后分子首尾相隔35 nm的距离自我装配，成为明暗相间、直径约1030 nm的原胶原纤维(collagen fibril)。若干原胶原纤维再经糖蛋白粘合成为粗细不等的胶原纤维

15、（collagen fiber)。总结胶原蛋白合成过程总结胶原蛋白合成过程:前体链前体链前肽前肽前前链链前胶原分子前胶原分子 糖基化并糖基化并3合合1 胞外切前肽胞外切前肽胶原分子胶原分子原胶原纤维原胶原纤维胶原纤维胶原纤维 交织交织 糖蛋白糖蛋白粘合粘合 Assembly of collagen fibers begins in the ER and is completed outside the cell总结胶原的总结胶原的合成装配与降解：合成装配与降解：来源：成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞等来源：成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞等合成：细胞内（细胞核合成：细胞内（细胞

16、核-内质网内质网-高尔基体高尔基体-分泌小泡）分泌小泡）装配：细胞外装配：细胞外降解：细胞外降解：细胞外 链基因链基因细胞核细胞核hnRNAmRNA 粗面内质网粗面内质网-核糖体核糖体前体肽链前体肽链内质网腔：内质网腔：切去信号肽切去信号肽前体链两端有前肽前体链两端有前肽前前 链。链。内质网内质网/高尔基体内：羟基化、糖基化高尔基体内：羟基化、糖基化、三股三股 螺旋螺旋 C端前肽以二硫键连接形成前胶原分子端前肽以二硫键连接形成前胶原分子细胞外基质：切去前肽细胞外基质：切去前肽原原胶原分子胶原分子自我装配自我装配 胶原原纤维胶原原纤维胶原纤维胶原纤维 胶原的转换率一般较慢，半衰期为数周或胶原的转

17、换率一般较慢，半衰期为数周或数年不等。数年不等。骨胶原分子可维持骨胶原分子可维持1010年不发生降解年不发生降解;肌腱胶原的转换最慢肌腱胶原的转换最慢;牙龈胶原的转换率高于骨、软骨及皮肤。牙龈胶原的转换率高于骨、软骨及皮肤。在某些局部区域、特殊生理（胚胎发在某些局部区域、特殊生理（胚胎发育、伤口愈合）或病理（炎症反应）状况育、伤口愈合）或病理（炎症反应）状况下，胶原的转换加快，并常伴有胶原类型下，胶原的转换加快，并常伴有胶原类型的变更。的变更。二、弹性蛋白二、弹性蛋白 弹性蛋白（弹性蛋白（elastinelastin）是高度疏水的非）是高度疏水的非糖基化蛋白，约含糖基化蛋白，约含750-830

18、750-830个氨基酸残基。个氨基酸残基。由两种类型的短肽交替排列构成的无规则由两种类型的短肽交替排列构成的无规则卷曲。卷曲。一种短肽是疏水短肽，供应应分子以一种短肽是疏水短肽，供应应分子以弹性；弹性；另一种短肽为富集丙氨酸及赖氨酸残另一种短肽为富集丙氨酸及赖氨酸残基的基的螺旋，并在相邻分子间形成交联。螺旋，并在相邻分子间形成交联。弹性蛋白的氨基酸成分近似于胶原弹性蛋白的氨基酸成分近似于胶原:也富含甘氨酸及脯氨酸也富含甘氨酸及脯氨酸;但很少含羟脯氨酸，不含羟赖氨酸但很少含羟脯氨酸，不含羟赖氨酸;弹性蛋白没有胶原特有的弹性蛋白没有胶原特有的Gly-X-YGly-X-Y序列，序列，故故不形成不形成

19、规则的三股肽链的绞合结构，而规则的三股肽链的绞合结构，而呈无规则卷曲呈无规则卷曲;不发生糖基化不发生糖基化修饰。修饰。弹性蛋白的两种短肽各由一个外显子弹性蛋白的两种短肽各由一个外显子编码。在细胞中合成后，以可溶性的原编码。在细胞中合成后，以可溶性的原弹性蛋白形式分泌到细胞外，再经赖氨弹性蛋白形式分泌到细胞外，再经赖氨酰氧化酶催化，使肽链中的赖氨酸转化酰氧化酶催化，使肽链中的赖氨酸转化为醛，借此而彼此聚集交联，在膜旁边为醛，借此而彼此聚集交联，在膜旁边装配成具有多向伸缩性的弹性纤维立体装配成具有多向伸缩性的弹性纤维立体网络结构。网络结构。弹性蛋白是弹性纤维的主要成分。通过细胞外基质中的弹性纤维网

20、络使组织中具有弹性和回缩实力，保证组织器官的弹性功能。弹性纤维与胶原相互交织，可维持皮肤等的韧性，防止组织和皮肤撕裂和过度伸展。弹性蛋白结构模型弹性蛋白结构模型 最近探讨表明，在弹性蛋白外周包绕最近探讨表明，在弹性蛋白外周包绕一层有糖蛋白构成的微原纤维一层有糖蛋白构成的微原纤维（microfibilsmicrofibils）壳，保持了弹性纤维的）壳，保持了弹性纤维的完整性。外壳糖蛋白微原纤维先于弹性完整性。外壳糖蛋白微原纤维先于弹性蛋白出现，作为弹性蛋白附着的支架和蛋白出现，作为弹性蛋白附着的支架和组织者。弹性蛋白沉淀时，糖蛋白微原组织者。弹性蛋白沉淀时，糖蛋白微原纤维外壳即消退于弹性纤维旁边

21、。纤维外壳即消退于弹性纤维旁边。微原纤维基因发生突变，可能引发一微原纤维基因发生突变，可能引发一种人类遗传性疾病种人类遗传性疾病马方综合征。马方综合征。其次节其次节 非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白 存在于ECM中的非胶原糖蛋白有数十种，为多功能大分子，具有分别与细胞以及细胞外其它成分结合的多个结构域，是ECM成分的组织者，干脆影响到细胞的存活、形态、黏着、铺展、迁移、增殖和分化。纤连蛋白和层黏连蛋白是非胶原糖蛋白的主要成员。一、纤连蛋白一、纤连蛋白 1 1纤连蛋白的类型纤连蛋白的类型 纤连蛋白纤连蛋白（fibronectinfibronectin，FNFN）不不仅在动物界普遍存在，而且存在于较低仅在

22、动物界普遍存在，而且存在于较低等的原始多细胞海绵体内。等的原始多细胞海绵体内。为高分子量糖蛋白，含糖为高分子量糖蛋白，含糖4.5%4.5%9.5%9.5%，其亚单位分子质量为，其亚单位分子质量为220220250250kDkD。各亚单位在各亚单位在C-C-末端形成二硫键交联末端形成二硫键交联。目前至少已鉴定出了目前至少已鉴定出了2020种以上纤连种以上纤连蛋白多肽亚单位。蛋白多肽亚单位。不同组织来源的纤连蛋白的不同亚单位不同组织来源的纤连蛋白的不同亚单位为为同一基因的编码产物同一基因的编码产物，只是在转录后，只是在转录后hnRNAhnRNA剪接上有所差异，因而产生了不同的剪接上有所差异，因而产

23、生了不同的mRNAmRNA，再翻译出不同的纤连蛋白亚单位再翻译出不同的纤连蛋白亚单位（异型性），翻译后的修饰（如糖基化）（异型性），翻译后的修饰（如糖基化）也有差异。也有差异。FN在动物体内分布特别广泛，依据存在部位的不同可分为两种类型:血浆纤连蛋白 细胞纤连蛋白 （1 1）血浆纤连蛋白：血浆）血浆纤连蛋白：血浆FNFN是一种是一种由两条相像的肽链（由两条相像的肽链（A A链和链和B B链）在链）在C C端以二端以二硫键交联形成的硫键交联形成的V V字形二聚体。以可溶性状字形二聚体。以可溶性状态存在于血浆和各种体液中，主要由肝实态存在于血浆和各种体液中，主要由肝实质细胞产生，少数产生于血管内皮

24、细胞。质细胞产生，少数产生于血管内皮细胞。（2 2）细胞纤连蛋白细胞纤连蛋白：借助于更多的链间二硫键交联成纤维借助于更多的链间二硫键交联成纤维束。以不溶形式分布于束。以不溶形式分布于ECMECM 、基膜、细胞、基膜、细胞间和细胞表面。间和细胞表面。细胞纤连蛋白包括细胞纤连蛋白包括细胞表面纤连蛋白细胞表面纤连蛋白和和基质纤连蛋白基质纤连蛋白两大类。主要由间质细胞两大类。主要由间质细胞（如成纤维细胞、成骨细胞、内皮细胞等）（如成纤维细胞、成骨细胞、内皮细胞等）产生，为多聚体结构。产生，为多聚体结构。不溶性细胞不溶性细胞FNFN并非自发性组装，必需在并非自发性组装，必需在细胞表面相应的细胞表面相应的

25、FNFN受体的指导和转谷氨酰受体的指导和转谷氨酰胺酶的参与下，通过分子间二硫键连接，胺酶的参与下，通过分子间二硫键连接，组装成纤维。组装成纤维。纤连蛋白的每个亚单位由数个结构域纤连蛋白的每个亚单位由数个结构域构成，具有与构成，具有与细胞表面受体、胶原、纤维细胞表面受体、胶原、纤维素素和和硫酸蛋白多糖硫酸蛋白多糖高亲和性的结合部位。高亲和性的结合部位。纤连蛋白分子结构示意图纤连蛋白分子结构示意图 FN的结构模型的结构模型 每条肽链有每条肽链有1212个个型型重复序列模块结重复序列模块结构单位，分三组排列。其中两组为与蛋白构单位，分三组排列。其中两组为与蛋白聚糖的弱结合结构域，一组与聚糖的弱结合结

26、构域，一组与型型模块结模块结构一起构成可与胶原结合的结构域。构一起构成可与胶原结合的结构域。型型重复序列模块结构单位构成与细重复序列模块结构单位构成与细胞、胞、DNADNA、蛋白聚糖强结合的结构域。、蛋白聚糖强结合的结构域。用蛋白酶水解、化学合成小肽及重组用蛋白酶水解、化学合成小肽及重组DNADNA技术探讨发觉细胞结构域中技术探讨发觉细胞结构域中Arg-Gly-Arg-Gly-Asp(RGDAsp(RGD）三肽序列是细胞识别的最小结）三肽序列是细胞识别的最小结构单位。该序列是细胞表面整联蛋白识别构单位。该序列是细胞表面整联蛋白识别和结合的部位。和结合的部位。化学合成外源性非纤连蛋白化学合成外源

27、性非纤连蛋白RGDRGD三肽，三肽，可与可与FNFN蛋白竞争与细胞结合的部位，从而蛋白竞争与细胞结合的部位，从而抑制细胞同抑制细胞同ECMECM的结合。的结合。但但RGDRGD序列并非序列并非FNFN所独有，它较为广泛所独有，它较为广泛地存在于多种地存在于多种ECMECM中，单纯的中，单纯的RGDRGD与整联与整联蛋白受体的亲和性远低于整个蛋白受体的亲和性远低于整个FNFN分子，说分子，说明明ECMECM与细胞结合与细胞结合RGDRGD不是惟一的因素，不是惟一的因素，还有其他相关协同序列作用。还有其他相关协同序列作用。2 2纤连蛋白的功能纤连蛋白的功能 纤连蛋白是一种多功能分子。纤连蛋白是一种

28、多功能分子。（1 1）介导细胞粘着）介导细胞粘着 可增加细胞间粘连可增加细胞间粘连及细胞与基质的粘连，能使细胞锚定在底及细胞与基质的粘连，能使细胞锚定在底物上静止不动。通过粘着，纤连蛋白可物上静止不动。通过粘着，纤连蛋白可以调整细胞的形态和细胞骨架的组织，促以调整细胞的形态和细胞骨架的组织，促进细胞铺展。进细胞铺展。（2 2）诱导细胞运动迁移诱导细胞运动迁移 比如胚胎比如胚胎发育早期神经嵴细胞的迁移。在神经管形发育早期神经嵴细胞的迁移。在神经管形成时，神经嵴细胞从神经管的背侧迁移到成时，神经嵴细胞从神经管的背侧迁移到胚胎各个区域，分化成神经节、色素细胞胚胎各个区域，分化成神经节、色素细胞等不同

29、类型的细胞。纤连蛋白基质纤维等不同类型的细胞。纤连蛋白基质纤维为细胞的运动供应了轨道。为细胞的运动供应了轨道。（3 3）在组织创伤修复中的作用在组织创伤修复中的作用 促进巨噬细胞和其它免疫细胞促进巨噬细胞和其它免疫细胞迁移到受损部位。血浆纤连蛋白能迁移到受损部位。血浆纤连蛋白能促进促进血液凝固和创伤面修复血液凝固和创伤面修复。组织创伤时，免。组织创伤时，免疫细胞可与血浆纤维蛋白结合，在伤口处疫细胞可与血浆纤维蛋白结合，在伤口处吸引成纤维细胞、平滑肌细胞和内皮细胞吸引成纤维细胞、平滑肌细胞和内皮细胞向伤口迁移，形成肉芽，然后形成瘢痕，向伤口迁移，形成肉芽，然后形成瘢痕，刺激上皮细胞增生，使创面修

30、复刺激上皮细胞增生，使创面修复。二、层黏连蛋白二、层黏连蛋白1 1层黏连蛋白的分子结构特点层黏连蛋白的分子结构特点 层黏连蛋白层黏连蛋白（lanmininlanminin，LNLN）是各种动是各种动物的胚胎及成体组织的物的胚胎及成体组织的基膜基膜（特化的细胞（特化的细胞外基质）的主要功能成分，也是胚胎发育外基质）的主要功能成分，也是胚胎发育中出现最早的中出现最早的ECMECM成分。成分。LN是糖链结构最困难的高分子糖蛋白（含糖量15%28%），具有50条左右N-连接的寡糖，分子质量巨大，约850 kD。LNLN由一条重链（由一条重链（链）和两条轻链（链）和两条轻链（、链）构成，三条肽链借二硫键

31、交联成非对称链）构成，三条肽链借二硫键交联成非对称的十字形分子。的十字形分子。十字形分子三条短臂由十字形分子三条短臂由3 3条肽链的条肽链的N-N-端序列构端序列构成，每一短臂包括成，每一短臂包括2 2个或个或3 3个球区和短杆区。个球区和短杆区。十字形分子长臂由十字形分子长臂由3 3条肽链的近条肽链的近C-C-端序列共同端序列共同构成杆区；末端的分叶状大球区由构成杆区；末端的分叶状大球区由链链C-C-端序列端序列卷曲而成，是与卷曲而成，是与硫酸硫酸肝素结合的部位。肝素结合的部位。目前已发觉的LN分子结构亚单位有1、2、3、1、2、3、1和 2 8种之多，分别由8个不同的结构基因编码，这些亚单

32、位至少可以形成7种类型的LN。2.2.层黏连蛋白的功能层黏连蛋白的功能 层黏连蛋白与层黏连蛋白与型胶原、硫酸乙酰肝型胶原、硫酸乙酰肝素、肝素、脑苷脂和神经节苷脂结合，成素、肝素、脑苷脂和神经节苷脂结合，成为基膜的重要成分。为基膜的重要成分。也有被上皮细胞、内皮细胞、神经细胞也有被上皮细胞、内皮细胞、神经细胞表面的表面的LNLN受体识别与结合的受体识别与结合的RGD(Arg-Gly-RGD(Arg-Gly-Asp)Asp)三肽依次，使细胞附于基膜上，并促三肽依次，使细胞附于基膜上，并促进细胞生长。进细胞生长。三、基膜与整联蛋白三、基膜与整联蛋白 基膜是基膜是ECMECM的特化结构形式，存在于的特

33、化结构形式，存在于多种组织之中。多种组织之中。整联蛋白是动物细胞与整联蛋白是动物细胞与ECMECM蛋白的主要蛋白的主要受体，普遍存在于各类细胞表面。受体，普遍存在于各类细胞表面。LN作为基膜的主要成分，对基膜基质的组装起关键作用。基膜是紧贴上皮细胞、血管内皮细胞下方的一层薄膜，它对维持细胞的形态及功能起着主要的作用。1.1.基膜的成分基膜的成分 基膜中主要有基膜中主要有4 4种蛋白成分：种蛋白成分：包括包括型胶原蛋白型胶原蛋白、层黏连蛋白层黏连蛋白、渗渗滤素滤素（硫酸乙酰肝素蛋白聚糖，（硫酸乙酰肝素蛋白聚糖，perlecanperlecan）及）及内联蛋白内联蛋白（entactinentact

34、in）。）。（1 1）型胶原蛋白型胶原蛋白 非连续三股螺旋结构，非连续三股螺旋结构，是构成基膜的主要结构成分和基本框架。是构成基膜的主要结构成分和基本框架。（2 2）层黏连蛋白层黏连蛋白 通过内联蛋白与通过内联蛋白与型胶型胶原蛋白二维网络相连接。是胚胎发育过原蛋白二维网络相连接。是胚胎发育过程中最早合成的基膜成分。程中最早合成的基膜成分。（3 3）渗滤素）渗滤素 硫酸类肝素蛋白聚糖分子硫酸类肝素蛋白聚糖分子 可与很多可与很多ECMECM成分和细胞表面分子交联结成分和细胞表面分子交联结合。合。（4 4）内联蛋白形成）内联蛋白形成型胶原纤维网络与层型胶原纤维网络与层黏连蛋白纤维网络之间的连桥。分子

35、呈黏连蛋白纤维网络之间的连桥。分子呈哑铃状。在基膜的组装中特别重要，并哑铃状。在基膜的组装中特别重要，并帮助帮助ECMECM中其他成分的结合。中其他成分的结合。基膜（基膜（basement membranebasement membrane）是动物上皮层）是动物上皮层的下方特化的细胞外基质，是一层网膜，松软的下方特化的细胞外基质，是一层网膜，松软可折曲，不同的部位的基膜厚度不同，一般染可折曲，不同的部位的基膜厚度不同，一般染色在光镜下难以分辨，色在光镜下难以分辨，PASPAS染色及镀银染色可染色及镀银染色可以显示。以显示。电子显微镜下基膜分为三层：靠近上皮基电子显微镜下基膜分为三层：靠近上皮基

36、底面为透亮板（底面为透亮板（lamina lucidalamina lucida），是一电子），是一电子致密度低的薄层，厚约致密度低的薄层，厚约101050nm50nm；下面的电子；下面的电子密度高的是均质层，称致密板（密度高的是均质层，称致密板（lamina lamina densadensa）,厚约厚约2020300nm300nm，由细丝状物质和无，由细丝状物质和无定形基质组成，是上皮细胞分泌而来的；致密定形基质组成，是上皮细胞分泌而来的；致密板之下，靠近结缔组织称为网织板（板之下，靠近结缔组织称为网织板（lamina lamina fibroreticularisfibroreticul

37、aris），较厚，有网状纤维和基），较厚，有网状纤维和基质组成，该层由结缔组织的成纤维细胞产生。质组成，该层由结缔组织的成纤维细胞产生。2.基膜的功能 基膜是上皮细胞和内皮细胞的铺垫，也包绕于肌细胞、神经细胞、神经髓鞘细胞和脂肪细胞四周，隔离细胞与结缔组织。在组织结构上，基膜把细胞与其下方的结缔组织隔开。基膜是一种半透膜，具有选择性屏障作用。基膜是一种半透膜，具有选择性屏障作用。上皮的基膜可阻挡下方结缔组织中的成纤维细胞与上皮的基膜可阻挡下方结缔组织中的成纤维细胞与上皮细胞接触，却不阻挡巨噬细胞、淋巴细胞和神上皮细胞接触，却不阻挡巨噬细胞、淋巴细胞和神经突起穿过；经突起穿过；在肾小球、肺泡等部

38、位基膜介于两层细胞之在肾小球、肺泡等部位基膜介于两层细胞之间，基膜起分子筛滤作用；间，基膜起分子筛滤作用；肌肉、神经、上皮受损伤后，基膜为再生肌肉、神经、上皮受损伤后，基膜为再生细胞供应支架；细胞供应支架；基膜还确定细胞的极性，影响细胞代谢，在基膜还确定细胞的极性，影响细胞代谢，在细胞膜四周组织蛋白质结构，诱导细胞分化和引导细胞膜四周组织蛋白质结构，诱导细胞分化和引导细胞迁徙等。细胞迁徙等。ECM的各种生物学作用都是通过与细胞表面的特异性受体结合而启动的。接连鉴定出很多ECM成分的受体。大多为跨膜糖蛋白。某些糖脂及跨膜蛋白聚糖可作为一些ECM成分的协助受体。每种每种ECMECM分子都有数种受体

39、；不同分子都有数种受体；不同的的ECMECM分子又可竞争结合同一种受体。分子又可竞争结合同一种受体。3.3.整联蛋白整联蛋白 整联蛋白整联蛋白(integrin)(integrin)是多种是多种ECMECM成分的受体，成分的受体，是一个相当大的受体家族。是一个相当大的受体家族。（1 1）整联蛋白的受体作用）整联蛋白的受体作用 整联蛋白族受体与可溶性信号分子（如激素、整联蛋白族受体与可溶性信号分子（如激素、生长因子等）的细胞表面受体不同，与配体的亲生长因子等）的细胞表面受体不同，与配体的亲和性低而在细胞表面的浓度高（一般高和性低而在细胞表面的浓度高（一般高1010100100倍）。细胞通过整联蛋

40、白与倍）。细胞通过整联蛋白与ECMECM分子进行多位点分子进行多位点的弱结合，从而使细胞可在不脱离黏附的状态的弱结合，从而使细胞可在不脱离黏附的状态下探察其四周环境，并通过可逆性的结合与解离下探察其四周环境，并通过可逆性的结合与解离而进行细胞迁移。而进行细胞迁移。一种一种ECMECM成分常以几种整联蛋成分常以几种整联蛋白为受体。有的整联蛋白受体只结合一种白为受体。有的整联蛋白受体只结合一种配体；有的整联蛋白受体则可识别并结合配体；有的整联蛋白受体则可识别并结合数种配体，但结合的亲和性不同。数种配体，但结合的亲和性不同。整联蛋白受体的表达具有组织特异性及发育阶段特异性。不同的组织或不同的发育阶段

41、可通过不同的受体与不同的ECM成分作用而表现出不同的生物学效应。不同分化状态下的细胞可通过调整细胞表面整联蛋白的分子数来变更其与细胞外基质及其它细胞之间的相互作用。（2 2）整联蛋白的分子组成）整联蛋白的分子组成 整联蛋白由整联蛋白由和和两个两个肽链亚单位组成（异肽链亚单位组成（异源二聚体）。源二聚体）。亚单位亚单位1616种，种，亚单位亚单位9 9种，组成种，组成2020多种不同的异二聚多种不同的异二聚体，分别与不同类型的体，分别与不同类型的受体结合。受体结合。组成整联蛋白的组成整联蛋白的肽链由最初合肽链由最初合成的产物被切割成长短不同的两个成的产物被切割成长短不同的两个序列片段，再通过二硫

42、键结合彼此序列片段，再通过二硫键结合彼此相连而成。相连而成。链单次穿膜，链单次穿膜，C端伸入端伸入膜内侧，膜内侧，N端在细胞膜外与长肽序列端在细胞膜外与长肽序列的的C端形成二硫键结合，这与整联蛋端形成二硫键结合，这与整联蛋白与配体结合时的白与配体结合时的Ca2+或或Mg2+依依靠性相关。靠性相关。肽链长链肽链长链N端折叠成端折叠成3-4个二价阳离子结合位点。个二价阳离子结合位点。链与链与链链同向单次穿膜，非共价键结合，形同向单次穿膜，非共价键结合，形成整联蛋白异二聚体分子。成整联蛋白异二聚体分子。半胱氨酸半胱氨酸 整联蛋白主要是以整联蛋白主要是以1亚单位与亚单位与9种种亚单位分别构成的异二聚体

43、。大多数细胞亚单位分别构成的异二聚体。大多数细胞表达同一配体或不同配体的多种独特整联表达同一配体或不同配体的多种独特整联蛋白。但是，很多整联蛋白却主要表达某蛋白。但是，很多整联蛋白却主要表达某些类型的细胞。些类型的细胞。下表列举脊椎动物的几种介导细胞与下表列举脊椎动物的几种介导细胞与ECMECM组分和（或）细胞粘附分子（组分和（或）细胞粘附分子（cell cell adhesion molecule,CAMadhesion molecule,CAM）相互作用的整）相互作用的整联蛋白。联蛋白。不仅同一种整联蛋白可以与一种以上不仅同一种整联蛋白可以与一种以上的不同配体现结合，同一种配体也可以的不同

44、配体现结合，同一种配体也可以与不同的整联蛋白相结合。与不同的整联蛋白相结合。常见于脊椎动物的几种整联蛋白常见于脊椎动物的几种整联蛋白亚单位组成亚单位组成 细胞分布细胞分布 配配 体体11多种细胞多种细胞胶原、层黏连蛋白胶原、层黏连蛋白21多种细胞多种细胞胶原、层黏连蛋白胶原、层黏连蛋白41造血细胞造血细胞纤维结合蛋白、纤维结合蛋白、CAM-151成纤维细胞成纤维细胞纤维结合蛋白纤维结合蛋白L2T淋巴细胞淋巴细胞CAM-1、CAM-2M2单核细胞单核细胞血清血清蛋白、蛋白、CAM-1b3血小板血小板血清蛋白、血清蛋白、纤维结合蛋白纤维结合蛋白64上皮细胞上皮细胞层黏连蛋白层黏连蛋白第三节第三节

45、氨基聚糖和蛋白聚糖氨基聚糖和蛋白聚糖 氨基聚糖氨基聚糖（glycosaminoglyanglycosaminoglyan，GAGGAG）与与蛋白聚糖蛋白聚糖（proteoglycanproteoglycan，PGPG）是一些是一些高分子量的含糖化合物，形成高分子量的含糖化合物，形成ECMECM高度亲水高度亲水性的凝胶。性的凝胶。一、氨基聚糖一、氨基聚糖1 1分子结构分子结构 氨基聚糖是由氨基聚糖是由重复的二糖单位重复的二糖单位构成的无构成的无分枝长链多糖，故名。分枝长链多糖，故名。二糖单位之一是二糖单位之一是氨基己糖氨基己糖（N-N-乙酰氨基乙酰氨基葡萄糖或葡萄糖或N-N-乙酰氨基半乳糖）；乙

46、酰氨基半乳糖）；二糖单位的另一个常是二糖单位的另一个常是糖醛酸糖醛酸（葡萄糖醛（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸）。酸或艾杜糖醛酸）。只有硫酸角质素例外，以半乳糖代替了糖只有硫酸角质素例外，以半乳糖代替了糖醛酸。醛酸。在多数的氨基聚糖种类中，其糖基常硫酸在多数的氨基聚糖种类中，其糖基常硫酸化。化。重复二糖单位构成的直链多糖，多数糖基硫酸化并带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。有羧基，呈强负电性。艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸N-乙酰半乳糖乙酰半乳糖-4-硫酸硫酸硫酸皮肤素二糖重复单位硫酸皮肤素二糖重复单位2.2.氨基聚糖的分类氨基聚糖的分类 依据组成的糖基、连接方式、硫酸化的依据组

47、成的糖基、连接方式、硫酸化的数量及位置的不同氨基聚糖至少可分为数量及位置的不同氨基聚糖至少可分为6 6种。种。6种类型种类型(按糖基连接方式按糖基连接方式 硫酸化位置分硫酸化位置分)：1.透亮质酸（透亮质酸（HA）2.硫酸软骨素（硫酸软骨素（CS）3.硫酸皮肤素（硫酸皮肤素（DS）4.硫酸角质素（硫酸角质素（KS）5.硫酸乙酰肝素（硫酸乙酰肝素（HS）6.肝素（肝素（heparin）氨基聚糖的分子特性及组织分布氨基聚糖的分子特性及组织分布二糖单位：二糖单位：N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖 葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸 5 00010 000个二糖重复单位个二糖重复单位透亮质酸（透亮质酸（hyalur

48、onic acid,HA）-1,3连接连接组成组成N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸 抗压实力抗压实力 透亮质酸（透亮质酸（hyaluronichyaluronic acid acid，HAHA）是一种重要的氨基聚糖，一个）是一种重要的氨基聚糖，一个分子中包含几千个二糖单位，分子量大。分子中包含几千个二糖单位，分子量大。是增殖细胞和迁移细胞的是增殖细胞和迁移细胞的ECMECM的主要成分，的主要成分，特殊是在胚胎组织中。特殊是在胚胎组织中。HA分子表面含有大量亲水基团，可结合大量水分子，形成粘性的水化凝胶。HA分子表面的糖醛酸羧基还可结合阳离子，增加了基质的离子浓度和渗透压，大

49、量水分子被摄入基质。因此，HA 倾向于向外膨胀，产生压力，使结缔组织具有抗压实力。润滑作用润滑作用 在体液（尤其是关节液）在体液（尤其是关节液）中中HA HA 起润滑作用，利于细胞运动迁移。在起润滑作用，利于细胞运动迁移。在胚胎发育早期和创伤修复时，细胞分泌大胚胎发育早期和创伤修复时，细胞分泌大量的量的HAHA，促进细胞迁移和增殖促进细胞迁移和增殖 。结构：最简洁结构：最简洁 不发生硫酸化不发生硫酸化 含有大量亲水基团、负电荷含有大量亲水基团、负电荷形态：呈无规则卷曲状形态：呈无规则卷曲状降解：透亮质酸酶降解：透亮质酸酶功能：赐予组织弹性、抗压性功能：赐予组织弹性、抗压性 促进细胞迁移、增殖创

50、伤修复愈合促进细胞迁移、增殖创伤修复愈合透亮质酸（透亮质酸（hyaluronic acid，HA）二、蛋白聚糖二、蛋白聚糖 蛋白聚糖（蛋白聚糖（protroglycanprotroglycan，PGPG）存在）存在于全部结缔组织和于全部结缔组织和ECMECM及很多细胞表面，是及很多细胞表面，是氨基聚糖与核心蛋白质（氨基聚糖与核心蛋白质（core core proteinprotein）的丝氨酸残基共价结合而成的大）的丝氨酸残基共价结合而成的大分子，含糖量极高可达分子，含糖量极高可达90%90%95%95%。蛋白聚糖单体蛋白聚糖单体连接蛋白连接蛋白透明质酸透明质酸 蛋白聚糖多聚体蛋白聚糖多聚体