11-细胞外基质-2013课件

2024/4/16WanghsSunYat-senUniversity1第十一章细胞外基质及其与细胞间的相互作用王红胜PHD讲师中山大学药学院,212室TEL:E-MAIL:概述

细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)：是由细胞分泌到细胞外空间，由分泌蛋白和多糖构成精密有序的网络结构。成分：大致可分为三类：凝胶样基质——氨基聚糖与蛋白聚糖细胞外基质纤维网架

胶原和弹性蛋白：结构作用纤连蛋白和层粘连蛋白：黏着作用2024/4/162WanghsSunYat-senUniversity功能：对组织细胞起支持、保护、营养的作用，还与细胞增殖、分化、代谢、识别、粘着、迁移等基本生命活动相关。ECM的成分及组装形式由所产生的细胞决定，并与组织的功能相适应。如：角膜、肌腱。ECM含量因组织而不同，结缔组织中含量最大。2024/4/163WanghsSunYat-senUniversity真皮基底膜表皮角质层2024/4/164WanghsSunYat-senUniversity第一节细胞外基质的主要组成成分一、氨基聚糖与蛋白聚糖二、胶原和弹性蛋白三、非胶原性粘合蛋白纤连蛋白层粘连蛋白2024/4/165WanghsSunYat-senUniversity一、氨基聚糖及蛋白聚糖(一)、氨基聚糖(glycosaminoglycan，GAG)GAG是由重复的二糖单位构成的直链多糖。二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成，因糖残基上带有羧基，故氨基聚糖呈强负电性。2024/4/166WanghsSunYat-senUniversity根据糖残基的性质、连接方式、硫酸化数量和存在部位，氨基聚糖可分为六种：透明质酸(hyaluronicacid,HA)硫酸软骨素(chondroitinsulfate,CS)硫酸皮肤素(dermatansulfate,DS)硫酸乙酰肝素(heparransulfate,HS)肝素(heparin)硫酸角质素(keratansulfate,KS)2024/4/167WanghsSunYat-senUniversity2024/4/168WanghsSunYat-senUniversity硫酸软骨素硫酸皮肤素硫酸乙酰肝素肝素2024/4/169WanghsSunYat-senUniversity透明质酸(HA)氨基聚糖中结构最简单的一种二糖单位为N-乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸是唯一不硫酸化的GAG，含多达10万个糖基。分子表面糖醛酸的羧基，带有大量的负电荷，其排斥作用使整个分子伸展膨胀占据很大的空间，赋予组织良好的弹性和抗压性分子表面大量的亲水基团可结合大量水分子，使基质等渗性水肿，能形成粘稠的胶体在胚胎发育早期和组织创伤修复时，细胞大量分泌透明质酸，促进细胞迁移和增殖。2024/4/1610WanghsSunYat-senUniversity(二)、蛋白聚糖(proteoglycan,PG)1.蛋白聚糖的分子结构蛋白聚糖是氨基聚糖(除HA外)与核心蛋白质共价结合物形成的高分子复合物。核心蛋白(单链多肽)氨基聚糖蛋白聚糖单体

连接蛋白蛋白聚糖多聚体透明质酸2024/4/1611WanghsSunYat-senUniversity2024/4/1612WanghsSunYat-senUniversity蛋白聚糖蛋白聚糖多聚体氨基聚糖2024/4/1613WanghsSunYat-senUniversity核心蛋白肽链在粗面内质网核糖体上合成进入内质网腔装配直链多糖装配时，连接四糖(Xyl-Gal-Gal-GlcUA)首先结合到核心蛋白的丝氨酸残基上，在糖基转移酶的作用下，一个个糖基依次加接上去，形成氨基聚糖糖链2.蛋白聚糖是在内质网中合成并装配2024/4/1614WanghsSunYat-senUniversity

显著特点：具有多态性，可以含有不同氨基酸序列的核心蛋白，以及长度和成分不同的多糖链。依据主要的二糖单位命名2024/4/1615WanghsSunYat-senUniversity蛋白聚糖也是质膜的整合成分，如成纤维细胞和上皮细胞质膜中称为连接素(Syndecan)的蛋白聚糖。2024/4/1616WanghsSunYat-senUniversity(三)、氨基聚糖与蛋白聚糖的功能1.使组织具有弹性和抗压性：细胞外高度水合的凝胶状基质2.对物质转运有选择渗透性：糖基的高度亲水性和负电性，构成水化孔胶样物，具有分子筛作用3.角膜中PG具有透光性：硫酸软骨素和硫酸角质素，4.GAG的抗凝血作用：与凝血因子结合，抑制其作用5.细胞表面的GAG有传递信息作用：乙酰肝素蛋白聚糖作为质膜的整合成分，以跨膜蛋白的方式，胞外区可与信号分子结合6.GAG和PG与组织老化有关：种类和数量随龄变化，胚胎发育早期，HA生成旺盛，促进细胞增殖、迁移，组织细胞分化；关节软骨中的PG随龄增长而减少；GAG可结合Ca2+，使组织钙化，骨盐沉积。2024/4/1617WanghsSunYat-senUniversity(四)、氨基聚糖和蛋白聚糖与疾病Hunter综合症(粘多糖累积病)：先天性缺乏降解氨基聚糖的酶，导致硫酸皮肤素等氨基聚糖及蛋白聚糖积累。现为腰型驼背、关节强直、宽手、胸部畸形、侏儒；角膜浑浊、面容粗犷、肝脾肿大；智力迟钝及耳聋。发病于婴儿期，病情进行性加重，常死于呼吸道感染及心力衰竭。尿中出现高浓度粘多糖(硫酸软骨素B及硫酸乙酰肝素)。动脉粥样硬化：血管内皮细胞表面硫酸乙酰肝素和硫酸软骨素下降，硫酸皮肤素蛋白聚糖升高而与低密度脂蛋白结合，导致脂类沉积。肿瘤的发生、发展及转移：HA，硫酸软骨素促肿瘤增殖迁移；硫酸软骨素可促进乳腺癌、艾氏腹水瘤的生长；许多肿瘤发现硫酸乙酰肝素硫酸化程度降低，是肿瘤细胞增殖、脱落、侵袭、转移的条件。2024/4/1618WanghsSunYat-senUniversity二、胶原与弹性蛋白一、胶原(Collagen)含量：动物体内高度特化的纤维蛋白家族，人体内含量最丰富的蛋白质，占25%~30%分布：遍布各种器官和组织，结缔组织中特别丰富，是细胞外基质的框架结构来源：胶原由成纤维细

胞、软骨细胞、成骨细

胞以及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外。成纤维细胞周围的胶原纤维2024/4/1619WanghsSunYat-senUniversity1.胶原的分子结构由原胶原交联而成原胶原是三条肽链形成的三股螺旋，含有三种结构：螺旋区，非螺旋区及球形结构域。胶原的原纤维平行排列成较粗大的束，成为光镜下可见的胶原纤维，抗张强度超过钢筋。其三股螺旋由三条α多肽链构成。肽链中的氨基酸组成规律的三肽重复序列(Gly-X-Y)构成。X——常为Pro(脯氨酸)，Y——常为羟脯氨酸(hypro)或羟赖氨酸(hylys)残基。2024/4/1620WanghsSunYat-senUniversityCollagenstructure

胶原的结构2024/4/1621WanghsSunYat-senUniversity

TEMimageofcollagen原胶原间共价交联，呈阶梯状排列，形成胶原纤维，在电镜下可见间隔67nm的横纹。2024/4/1622WanghsSunYat-senUniversity

2.胶原的主要类型α链是胶原的基本亚单位，已有20多种，由三种相同或不同的α链构成目前已发现的胶原多达26种，由不同的结构基因编码，具有不同的化学结构及免疫学特性。胶原在体内的分布有一定的组织特异性2024/4/1623WanghsSunYat-senUniversity2024/4/1624WanghsSunYat-senUniversity3.胶原的合成装配与降解(1)合成与装配：①内质网膜合成前体链②内质网腔切去信号肽，两端添加前肽序列，形成前α链，前α链羟化

(Pro及Lys残基)、糖基化

③三条前α链形成三股螺旋结构——前胶原④转运至高尔基体，进行加工、修饰⑤包装进分泌小泡，分泌到细胞外⑥切去N端和C端前肽序列，形成胶原分子⑦进一步装配成胶原原纤维，原纤维聚集成束，形成胶原纤维2024/4/1625WanghsSunYat-senUniversity2024/4/16WanghsSunYat-senUniversity26(2).胶原的降解胶原分子可被胶原酶降解，胶原酶的活化与抑制对调节胶原的转换率具有重要作用胶原酶创伤组织、癌变组织中活性增高；蛋白酶、纤溶酶可活化胶原酶；结缔组织可合成胶原酶抑制剂，激素可调节其合成与降解胶原更新转换率较慢，骨胶原分子的半衰期为10年炎症初期或创伤修复，胶原转换率加快，伴有胶原类型转变。胶原纤维胶原微纤维原胶原分子-肽链(三股)（共价交联）2024/4/1627WanghsSunYat-senUniversity

4.胶原的主要功能(1).不同组织行使不同功能皮肤中的胶原编织成网，具有抗衡来自不同方向的拉力的作用肌腱中的胶原纤维沿着肌腱纤维的长轴平行排列，使肌腱具有很强的韧性能够承受巨大的拉力在骨、角膜横隔肌腱中，胶原纤维形成胶合板样多片层结构，使角膜既透明又具有一定强度IV型胶原以三维网络形式构成各种上皮细胞基底膜的网架结构2024/4/1628WanghsSunYat-senUniversity(2).胶原与细胞增殖和分化有关胶原有刺激上皮细胞的增殖的作用，是细胞贴附的重要基质成分胶原还起着诱导细胞分化的作用(3).哺乳动物在发育不同阶段表达不同类型的胶原，行使不同功能胎儿皮肤中含有大量的III型胶原，随着发育的进程，逐渐被I型胶原取代原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的交联而易于抽提。随年龄增长，交联日益增多，导致皮肤、血管及组织变得僵硬，是衰老的重要特征。2024/4/1629WanghsSunYat-senUniversity5.胶原的与疾病1.维生素C缺乏导致坏血病维生素C缺乏导致胶原的羟基反应不能充分进行，使分子交联失败，不能形成正常的胶原纤维，导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血。2.遗传性胶原病基因突变，胶原分子表达异常成骨发育不全综合症，马凡综合症，爱当综合症3.免疫性胶原病机体丧失对自身胶原结构的免疫耐受，即可产生自身免疫性胶原组织损伤导致类风湿关节炎及慢性肾炎2024/4/1630WanghsSunYat-senUniversity(二)、弹性蛋白弹性蛋白(Elastin)：高度疏水的非糖基化纤维蛋白，是细胞外基质中构成弹性纤维网路的主要成分。1.弹性蛋白的结构特点①高度疏水的非糖基化纤维蛋白，富含甘氨酸和脯氨酸，很少羟基化，不含羟赖氨酸，无糖基化修饰②不含胶原特有的三肽(Gly-x-y)重复序列，呈无规则蜷曲③由两类短肽交替排列构成。一种是疏水短肽，赋予分子以弹性；另一种为富含丙氨酸(Ala)及Lys残基的α螺旋，负责在相邻分子间交联，形成网状结构。2024/4/1631WanghsSunYat-senUniversity2.弹性蛋白的合成、装配与降解(1).弹性蛋白的合成、装配弹性蛋白在内质网合成后，以可溶性弹性蛋白原的形式分泌到细胞外，通过赖氨酸残基之间相互交联装配成弹性纤维网弹性纤维网既可伸长又可回缩，共存于组织细胞外基质中的弹性蛋白与弹性纤维相互交织，在赋予组织一定弹性的同时，又具有高度的韧性，可以限制其伸展程度，防止组织撕裂。(2).弹性蛋白的降解由弹性蛋白酶降解2024/4/1632WanghsSunYat-senUniversity2024/4/1633WanghsSunYat-senUniversity三、细胞外基质中的非胶原性粘合蛋白共同特点：是既可与细胞结合，又可与细胞外基质中其他大分子结合，从而使细胞与细胞外基质相互粘着。对细胞的存活、形态、粘着、铺展、迁移、增殖、分化有直接影响。主要类型：纤连蛋白FN层粘连蛋白LN2024/4/1634WanghsSunYat-senUniversity(一)、纤连蛋白(Fibronectin,FN)分布：广泛存在于所有脊椎动物组织中，属于高分子量糖蛋白存在形式：

可溶性的FN：主要存在于血液及各种体液中，由肝实质细胞分泌产生，称为血浆FN不溶性的FN：主要存在于细胞外基质和细胞表面，主要由间质细胞分泌产生，称为细胞FNFN将细胞连接到细胞外基质上2024/4/1635WanghsSunYat-senUniversity1.纤连蛋白分子结构由两个或两个以上的亚单位通过肽链C端形成的二硫键交联结合而成构成纤连蛋白分子的不同肽链结构亚单位具有极为相似的氨基酸序列，每一肽链亚单位构成多个具有特定功能的球形结构域不同的球形结构域可分别与不同的生物大分子或细胞表面受体结合，是一种多功能分子2024/4/1636WanghsSunYat-senUniversity2024/4/1637WanghsSunYat-senUniversity纤连蛋白肽链中的RGD(Arg-Gly-Asp)三肽是细胞表面各种纤连蛋白受体识别并结合的最小结构单位RGD序列：是指纤连蛋白和其他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三肽序列纤连蛋白膜受体：是膜整联蛋白家族成员之一，是一种高分子量的跨膜糖蛋白，由α,β两条多肽链，通过非共价键结合而成，在其细胞外功能区有与RGD序列高亲和性结合部位。2024/4/1638WanghsSunYat-senUniversity2.纤连蛋白功能1.介导细胞与细胞外基质的粘着：通过粘着斑的作用，调节细胞的形状和细胞骨架的装配，促进细胞的铺展，加速细胞的增殖与分化2.纤连蛋白与细胞迁移：细胞通过粘着斑的形成与解离，影响细胞骨架的组装与去组装，促进细胞的迁移运动3.纤连蛋白在组织创伤中的作用：血浆纤连蛋白与血浆纤维蛋白结合，在伤口处吸引成纤维细胞，促进血液的凝固的创伤面的修复。2024/4/1639WanghsSunYat-senUniversity3.纤连蛋白与疾病1.瘢痕体质：组织局部纤粘连蛋白的过度表达；2.恶性肿瘤FN受体异常，细胞粘着力下降，使细胞易失散和转移；3.肾小球肾炎：肾小球基膜中含有大量的纤粘连蛋白，细菌等可与其结合而沉积在基膜上，引起炎症2024/4/1640WanghsSunYat-senUniversity(二)、层粘连蛋白是基膜的主要功能成分层粘连蛋白(laminin，LN)：胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分，同时也是基底膜的主要结构组分之一存在部位：上皮下和内皮下紧靠细胞基底部，还存在于肌细胞和脂肪细胞周围来源：由附着在基底膜上的上皮细胞和内皮细胞以及被基底膜包绕的肌细胞分泌产生。2024/4/1641WanghsSunYat-senUniversity1.层粘连蛋白分子结构高分子量糖蛋白由α、β、γ三条不同的多肽链组成的异三聚体，三聚体由一条重链(α链)和两条轻链(β和γ链)

借二硫键交联而成，外形呈不对称十字形结构层粘连蛋白分子中存在多个结构域，具有和多种物质结合的位点2024/4/1642WanghsSunYat-senUniversity2024/4/1643WanghsSunYat-senUniversity2.层粘连蛋白的功能层粘连蛋白是基底膜的主要成分，在基底膜(Basementmembrane)的基本框架的构建和组装中起了关键作用。层粘连蛋白借助RGD序列，使细胞黏附固定于基底膜上，促进细胞的生长并使细胞铺展而保持一定的形态。层粘连蛋白通过与细胞间的相互作用直接或间接控制细胞的活动层粘连蛋白在胚胎发育中对于保持细胞间黏附、细胞的极性和细胞的分化具有重要意义2024/4/1644WanghsSunYat-senUniversity3.层粘连蛋白与疾病在层粘连蛋白在体内的合成与降解异常与许多疾病有关糖尿病肾病：肾小球基膜中层粘连蛋白含量降低，血清和尿中出现层粘连蛋白和IV型胶原蛋白的降解产物与自身免疫反应有关的疾病肾小球肾炎心肌炎：患者血清中检测到抗层粘连蛋白抗体层粘连蛋白具有促进肿瘤细胞生长和转移的作用2024/4/1645WanghsSunYat-senUniversity第二节细胞外基质的特化结构

——基底膜一、基底膜的分布二、基底膜的组成成分三、基底膜的生物学功能2024/4/1646WanghsSunYat-senUniversity一、基底膜的分布基底膜(basallamina,basementmembrane)：是细胞外基质的特化结构形式，存在于多种组织中。位于上皮细胞和内皮细胞基底部，或包绕在肌细胞、脂肪细胞、神经胶质细胞周围，将细胞与结缔组织隔离2024/4/1647WanghsSunYat-senUniversity二、基底膜的组成成分1.IV型胶原IV型胶原是构成基底膜的主要结构成分之一各IV型胶原分子通过

C端球状头部之间的非共价键相互作用，以及N端尾部之间的共价交联，形成了构成基底膜基本框架的

二维网络结构。2024/4/1648WanghsSunYat-senUniversity2.

层粘连蛋白非对称十字结构，通过长短臂的臂端相连，装配成二维纤维网络结构，进而通过内联蛋白与IV型胶原二维网络相连。3.内联蛋白作为连接IV型胶原纤维网络与层粘连蛋白纤维网络之间的桥梁协助细胞外基质中其他成分的结合，在基底膜的组装中起着重要作用。2024/4/1649WanghsSunYat-senUniversity4.渗滤素(perlecan)是基底膜中最丰富的蛋白聚糖之一分子中的硫酸乙酰肝素糖链，连接于核心蛋白质的N端，可与胶原、层粘连蛋白结合，共同构成网络结构。2024/4/1650WanghsSunYat-senUniversity三、基底膜的生物学功能基底膜不仅是一层结构膜，而且具有多方面功能：基底膜是上皮细胞的支撑垫，在上皮组织与结缔组织之间起结构连接作用；基底膜可作为细胞选择性通过屏障基底膜对分子的通透具有高度的选择性2024/4/1651WanghsSunYat-senUniversity第三节细胞外基质与细胞间的相互作用机体的组织是由细胞与细胞外基质共同构成的，两者之间有着十分密切的关系：细胞通过控制基质成分的合成