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第十一章细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质成分及细胞表面受体示意图第一节细胞外基质的主要组成成分主要有三类：1）氨基聚糖与蛋白聚糖2）胶原和弹性蛋白3）非胶原性粘合蛋白：纤连蛋白和层粘连蛋白一、蛋白多糖1．氨基聚糖：为一类高度带电的聚合多糖，主要由重复的二糖单位，其一为氨基己糖（氨基葡萄糖或半乳糖），另一类为糖醛酸，带负电。分类：1）透明质酸（不含硫酸）；2）硫酸软骨素；3）硫酸皮肤素；4）硫酸乙酰肝素；5）肝素；6）硫酸角质素透明质酸：为增殖细胞和迁移细胞细胞外基质的主要成分，使细胞保持彼此的距离，使细胞易于迁移和增殖，并阻止细胞在不必要的时间和地点的分化。一个透明质酸由多达5000多个二糖（N-葡萄糖醛酸b(1-3)乙酰氨基葡萄糖），由于二糖的beta连接和许多链内氢键，形成长而且具有刚性的主干。透明质酸还含有大量的亲水基团，结合大量的水。负电性决定了相斥作用，导致膨胀。2、蛋白聚糖存在于所有的结缔组织和细胞外基质及许多细胞表面。蛋白聚糖由一个核心蛋白和许多氨基聚糖组成，氨基聚糖以共价键的方式与核心蛋白的丝氨酸相连。许多蛋白聚糖又通过连接蛋白以共价键与透明质酸相连。可以形成一个巨大的分子。如软骨中的蛋白聚糖软骨中的蛋白聚糖电镜照片细胞外基质中蛋白聚糖多聚体蛋白聚糖中氨基聚糖链与核心蛋白的连接方式蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白的丝氨酸共价连接，其中氨基聚糖通过一个连接四糖与核心蛋白相连。核心蛋白在粗面内质网核糖体上合成，在内质网腔装配多糖链。连接素整合于成纤维细胞和上皮细胞质膜中核心蛋白以跨膜糖蛋白方式嵌入质膜，胞外区连有硫酸软骨素和硫酸类肝素氨基聚糖链功能二、胶原与弹性蛋白1、胶原：细胞外基质中骨架结构，人体中含量最丰富的蛋白质，占总蛋白25%~30%，遍布于各种组织与器官，在结缔组织中特别丰富。可由成纤维细胞、成骨细胞及某些上皮细胞合成并分泌到胞外。含有G-X-Y氨基酸残疾重复序列。胶原分子结构基本结构单位为原胶原，有三条1000个氨基酸残基的a链构成右手超螺旋，链间和链内通过相互交联，形成3a螺旋。胶原的类型•α链是胶原基本亚单位，25种不同α链，每种由一个基因编码。每型胶原由3条相同或不同α链构成。•胶原的分布有组织特异性：I型存在于肌腱、皮肤、韧带及骨中；II型存在于软骨中；III型在血管壁和各种软骨组织、器官间质中；IV存在于基底膜中，形成二维网络结构。在某些病人中由于缺乏胶原酶，导致前胶原不能转变为胶原，使胶原不能正常装配遗传性胶原病弹性蛋白（elastin）•是构成细胞外基质中弹性纤维网络的主要成分，在“弹性组织”（皮肤、血管壁、肺泡等）中含量较高•高度疏水的非糖基化纤维蛋白，肽链含830aa，富含Gly、Pro，很少羟化，故不形成三股螺旋，呈无规则卷曲弹性蛋白，呈无规则卷曲，共价交联成网，具有很大的弹性由两种短肽构成，一种是疏水性短肽，赋予分子以弹性；另一种短肽为富含Ala和Lys残基的α-螺旋三、非胶原性黏合蛋白1、纤连蛋白(fibronectin)在体内以两种形式存在：一种以可溶的形式存在，分布在血浆和体液中，一般为二聚体，称为血浆纤连蛋白；另一种以不可溶的形式存在，分布在细胞外基质、细胞表面和结缔组织中，一般为多聚体，称为细胞纤连蛋白。分子结构：血浆纤连蛋白由两条相似肽链形成二聚体，两条肽链在C末端形成二硫键交联，呈V字形；细胞纤连蛋白为由二聚体交联后形成多聚体。RGD序列：纤连蛋白和其它某些细胞外基质中所含有的可被细胞表面某些整联蛋白所识别的Arg-Gly-Asp三肽序列。在血浆纤连蛋白呈V字形，在羧基端由两个二硫键相连，每个肽链上由4-6个低聚糖的侧链，从羧基端到氨基端分别存在肝素、细胞结合的RGD短小序列与细胞结合、胶原蛋白、金黄色葡萄球菌的结合区。（1）纤连蛋白一方面与膜受体（整联蛋白家族成员之一）结合，另一方面可与细胞外基质结合，所以纤连蛋白介导细胞与细胞外基质的相互黏着。纤联蛋白功能（2）纤连蛋白与细胞的迁移：细胞的迁移依赖于细胞的粘附与去粘附以及细胞骨架的组装与去组装在黏着斑处纤连蛋白受体通过纤连蛋白介导细胞与细胞外基质黏附，细胞通过黏着斑的形成与解离，影响细胞骨架的组装与去组装，促进细胞迁移运动。2．层粘连蛋白(laminin)是一种大分子量的蛋白质，是各种动物胚胎及成体组织基膜的主要构成成分。具有与IV胶原蛋白和整联蛋白的结合位点。是胚胎发育过程中最早出现的ECM分子结构：分子量为820kD，70nm长，由α、β、γ三条不同的多肽链组成异三聚体。三聚体分子由一条重链(α)和两条轻链(β、γ)借二硫键交联而成，外型呈不对称的十字形结构，有三条短臂和一条长臂。至少有8个与细胞结合位点，与上皮细胞、内皮细胞、某些成纤维细胞、神经元、神经鞘细胞及肿瘤细胞结合。层粘连蛋白功能在基底膜的基本框架的构建和组装中起关键作用，含有RGD三肽序列，使细胞粘附固定于基底膜上，促进细胞生长并使细胞铺展而保持一定形态，并控制细胞的黏附、迁移、分化、增殖或凋亡以及基因表达。第二节、细胞外基质的特化结构基底膜：细胞外基质的特化结构形式，分布于上皮细胞和内皮细胞的基底部，将细胞与结缔组织隔离。基底膜组成：第三节细胞外基质与细胞间的相互作用•机体组织由细胞与细胞外基质共同构成，一方面细胞通过控制基质成分的合成和降解决定细胞外基质组成，另一方面细胞外基质对细胞生命活动有重要影响。•基质对细胞生物学行为影响：形态结构、生存、死亡（失巢凋亡）、增殖与分化•细胞对细胞外基质的影响：由细胞所在组织细胞分泌，由细胞控制基质成分的降解失巢凋亡癌细胞向远端转移