陈红丽-第五章 细胞连接、细胞黏着和细胞外基质(二)

1、第五章第五章 细胞连接、细胞黏着细胞连接、细胞黏着 和细胞外基质和细胞外基质医学细胞生物学医学细胞生物学授课教师：陈红丽授课教师：陈红丽 副教授副教授E-mail：医学细胞生物学目 录第一节第一节 细胞连接细胞连接第第二二节节 细胞黏着和细胞黏着和细胞外基质细胞外基质第五章第五章 细胞连接、细胞黏着细胞连接、细胞黏着 和细胞外基质和细胞外基质医学细胞生物学 第二节第二节 细胞外基质细胞外基质细胞外基质细胞外基质( (extracellular matrix,ECM) )是个体是个体发育过程中，由细胞合成并分泌到细胞外的发育过程中，由细胞合成并分泌到细胞外的蛋白蛋白质质和和多糖多糖所构成的网络结

2、构。在结缔组织中含量所构成的网络结构。在结缔组织中含量最丰富，主要由成纤维细胞所分泌。最丰富，主要由成纤维细胞所分泌。不同结缔组织中细胞外基质的分子类型和组织方不同结缔组织中细胞外基质的分子类型和组织方式不同，以适应不同的生理功能。式不同，以适应不同的生理功能。医学细胞生物学ECMECM分类分类ECMECM依化学成分可分：依化学成分可分：一、一、胶原胶原二、二、弹性纤维弹性纤维三、糖胺三、糖胺聚糖聚糖(GAG)(GAG)和蛋白聚糖和蛋白聚糖(PG)(PG) 四、粘连四、粘连糖蛋白糖蛋白: :纤粘连蛋白纤粘连蛋白(FN)(FN)和层粘连蛋白和层粘连蛋白(LN)(LN)结构蛋白结构蛋白医学细胞生物

3、学细胞外基质模式图细胞外基质模式图细细胞胞质质细细胞膜胞膜细细胞外基胞外基质质医学细胞生物学将不同的细胞连接在一起，以形成组织、器官的将不同的细胞连接在一起，以形成组织、器官的物质基础就是体内无处不在的物质基础就是体内无处不在的ECMECM。 ECMECM不仅将为组织的构建提供支撑框架，还对接不仅将为组织的构建提供支撑框架，还对接触细胞的存活、分化、迁移、增殖，形态及其他功触细胞的存活、分化、迁移、增殖，形态及其他功能调控。能调控。 ECMECM结构和功能改变将导致病理改变：器官组织结构和功能改变将导致病理改变：器官组织纤维化；衰老；肿瘤恶变、转移和侵润纤维化；衰老；肿瘤恶变、转移和侵润; ;

4、某些遗传某些遗传性疾病是由于基因突变导致性疾病是由于基因突变导致ECMECM结构和功能改变所结构和功能改变所致。致。细胞外基质的生理功能细胞外基质的生理功能医学细胞生物学 是是ECMECM中最主要的水不溶性纤维蛋白，是体内最丰富中最主要的水不溶性纤维蛋白，是体内最丰富的蛋白质，构成了细胞外基质的结构框架。的蛋白质，构成了细胞外基质的结构框架。 类型类型 型胶原含量最丰富型胶原含量最丰富, ,形成类似的纤维结构；但并非所有形成类似的纤维结构；但并非所有胶原都形成纤维；胶原都形成纤维； 型胶原纤维束型胶原纤维束, , 主要分布于皮肤、肌腱、韧带及骨中主要分布于皮肤、肌腱、韧带及骨中, ,具有具有很

5、强的抗张强度很强的抗张强度; ; 型胶原主要存在于软骨中型胶原主要存在于软骨中; ; 型形成微细的原纤维网型形成微细的原纤维网, ,广泛分布于伸展性的组织广泛分布于伸展性的组织, ,如疏松如疏松结缔组织结缔组织; ; 型形成二维网格结构型形成二维网格结构, ,是基膜的主要成分及支架。是基膜的主要成分及支架。一、胶原(collagen)(collagen)医学细胞生物学1、胶原分子模式图医学细胞生物学 胶原分子由胶原分子由3 3条条-螺旋链螺旋链组成，组成，其中其中甘氨酸甘氨酸(Gly)(Gly)占占1/31/3，富含脯和，富含脯和赖氨酸，几乎不含赖氨酸，几乎不含色、酪和蛋氨酸。色、酪和蛋氨酸。

6、 脯、赖氨酸常羟化为羟脯、羟赖氨酸，为胶原所特脯、赖氨酸常羟化为羟脯、羟赖氨酸，为胶原所特有。赖氨酸选择性糖基化。有。赖氨酸选择性糖基化。特有三肽重复顺序特有三肽重复顺序(Gly-(Gly-X-Y)X-Y)：X X多为多为ProPro、Y Y多为多为HylysHylys和和HypHyp。2、胶原的结构与分子组成 医学细胞生物学 是是ECMECM中非糖基化的纤中非糖基化的纤维状蛋白，主要存在于韧带维状蛋白，主要存在于韧带和脉管壁，富含脯、甘，不和脉管壁，富含脯、甘，不含含Gly-X-YGly-X-Y重复顺序。重复顺序。（1 1）呈无规则的卷曲状态。）呈无规则的卷曲状态。（2 2）肽链之间通过）肽

7、链之间通过LysLys的残基的残基相互交联形成网络。相互交联形成网络。 二、弹性蛋白(elastin)一种短肽为富丙氨酸及赖氨酸残基的一种短肽为富丙氨酸及赖氨酸残基的 螺旋螺旋 医学细胞生物学弹性蛋白具高度弹性和回缩能力，与无弹性的胶原弹性蛋白具高度弹性和回缩能力，与无弹性的胶原互相交织，分别赋予组织弹性和抗张性。互相交织，分别赋予组织弹性和抗张性。年龄增长，胶原的交联度越来越大，韧性降低，弹年龄增长，胶原的交联度越来越大，韧性降低，弹性蛋白逐渐丧失，结果，老年人的骨和关节灵活性降性蛋白逐渐丧失，结果，老年人的骨和关节灵活性降低，皮肤起皱，弹性降低。低，皮肤起皱，弹性降低。医学细胞生物学Mar

8、fan syndrome医学细胞生物学 糖胺聚糖糖胺聚糖 (glycosaminoglycan(glycosaminoglycan，GAG)GAG)和蛋白聚糖和蛋白聚糖 (proteoglycan(proteoglycan，PG)PG)是一些高分子的含糖化合物，是一些高分子的含糖化合物，形成形成ECMECM高度亲水性的凝胶。高度亲水性的凝胶。 三三、糖胺聚糖与蛋白聚糖糖胺聚糖与蛋白聚糖 左：蛋白聚糖；中：蛋白聚糖多聚体；右：糖胺聚糖左：蛋白聚糖；中：蛋白聚糖多聚体；右：糖胺聚糖医学细胞生物学 1、糖胺聚糖 （GAG） GAGGAG是由重复的二糖单位聚合而成的不分支的长链状多糖，是由重复的二糖单

9、位聚合而成的不分支的长链状多糖，也称粘多糖。也称粘多糖。 因二糖单位中一个常为氨基己糖而得名，另一糖基常为糖因二糖单位中一个常为氨基己糖而得名，另一糖基常为糖醛酸。多数糖基硫酸化。醛酸。多数糖基硫酸化。 带有大量负电荷，吸水产生膨胀压，赋予细胞外基质抗压带有大量负电荷，吸水产生膨胀压，赋予细胞外基质抗压能力。能力。尽管组织中含量较少，但由尽管组织中含量较少，但由 于能形成多孔的水合胶状体，于能形成多孔的水合胶状体， 体积增大数倍，为组织提供体积增大数倍，为组织提供 机械支撑作用。机械支撑作用。医学细胞生物学糖胺聚糖分类透明质酸、硫酸软骨素、硫酸乙酰肝素、硫酸角质素透明质酸、硫酸软骨素、硫酸乙酰

10、肝素、硫酸角质素医学细胞生物学硫酸皮肤素、肝素硫酸皮肤素、肝素医学细胞生物学透明质酸（HA） 是一种原始形式的重要的是一种原始形式的重要的GAGAG G，是唯一能以自由链形式存在，是唯一能以自由链形式存在于体液中的于体液中的GAGGAG。HAHA由由N-N-乙酰氨乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸组成二糖基葡萄糖和葡萄糖醛酸组成二糖单位，许多二糖单位重复聚合成单位，许多二糖单位重复聚合成直链状多糖，非硫酸化，一个直链状多糖，非硫酸化，一个HAHA分子可包含几千个二糖单位。分子可包含几千个二糖单位。 HAHA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，尤其在胚胎组的主要成分，尤其

11、在胚胎组织中。同时也是蛋白聚糖的主要织中。同时也是蛋白聚糖的主要结构组分。结构组分。HAHA在结缔组织中起着在结缔组织中起着强化、弹性和润滑作用。强化、弹性和润滑作用。医学细胞生物学是是GAGGAG与蛋白质构成与蛋白质构成的共价化合物。的共价化合物。构构成成PGPG的蛋白质称为的蛋白质称为核心蛋白核心蛋白( (为单链多为单链多肽肽) )，一个核心蛋白，一个核心蛋白多肽链可以共价结多肽链可以共价结合合1 1数百条数百条GAGGAG链链. .一种一种PGPG可含数种不可含数种不同的同的GAGGAG。（多态性）。（多态性）2、蛋白聚糖 （PG）存在于所有结缔组织和细胞外存在于所有结缔组织和细胞外基质

12、及许多细胞表面。基质及许多细胞表面。赋予软骨凝胶样特性和抗变形赋予软骨凝胶样特性和抗变形能力。能力。医学细胞生物学a蛋白聚糖单体蛋白聚糖单体 b硫酸软骨素、硫酸角质素、透明质酸硫酸软骨素、硫酸角质素、透明质酸c蛋白聚糖的模式图蛋白聚糖的模式图 d软骨中的蛋白聚糖电镜照片软骨中的蛋白聚糖电镜照片医学细胞生物学3、GAG和PG的功能使组织具有弹性和抗压性使组织具有弹性和抗压性对物质转运由选择渗透性对物质转运由选择渗透性传递信息作用传递信息作用角膜中的角膜中的PGPG具有透光性具有透光性肝素肝素PGPG具有抗凝血功能具有抗凝血功能形态发生及创伤愈合形态发生及创伤愈合衰老与疾病衰老与疾病动脉粥样硬化患

13、者：血管内皮细胞表面硫酸皮肤素动脉粥样硬化患者：血管内皮细胞表面硫酸皮肤素PGPG，导，导致脂类沉积。致脂类沉积。肝硬化和肝癌患者血中肝硬化和肝癌患者血中HAHA含量明显升高。含量明显升高。医学细胞生物学 非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白( (粘着成分粘着成分) )使细胞与使细胞与 ECMECM相互粘相互粘着，同时介导细胞运动迁移，在细胞分化和创伤着，同时介导细胞运动迁移，在细胞分化和创伤修复中起重要作用。对细胞的存活、形状、粘着、修复中起重要作用。对细胞的存活、形状、粘着、铺展、迁移、增殖、分化有直接影响。铺展、迁移、增殖、分化有直接影响。 这一大类非胶原糖蛋白已发现数十种，如纤这一大类非胶原糖蛋白

14、已发现数十种，如纤连蛋白连蛋白(fibronectin, FN)(fibronectin, FN)和层粘连蛋白和层粘连蛋白(laminin, LN)(laminin, LN)，它们都是多功能大分子，具有，它们都是多功能大分子，具有分别与细胞及细胞外其他成分结合的多个结构域，分别与细胞及细胞外其他成分结合的多个结构域，是是 ECM ECM 成分的组织者。成分的组织者。四、非胶原糖蛋白医学细胞生物学由两个相似亚单位形成二聚由两个相似亚单位形成二聚体，体， 二条肽链二条肽链C C端通过二硫键端通过二硫键共价结合构成共价结合构成“V”型分子。肽链中折叠成各种球状结构肽链中折叠成各种球状结构域能选择地与

15、域能选择地与 ECM ECM 中的各种大中的各种大分子结合，行使各种功能。分子结合，行使各种功能。与细胞结合的最小结构单位与细胞结合的最小结构单位是是精精- -甘甘- -天三肽天三肽(RGD)(RGD)序列。 1、纤连蛋白（fibronectin，FN）医学细胞生物学 由由两条多肽两条多肽链非共价结合形成链非共价结合形成的一个高分子量的的一个高分子量的跨膜糖蛋白跨膜糖蛋白整联整联蛋白。蛋白。 整联蛋白是胶原，整联蛋白是胶原，纤黏连蛋白，层黏连纤黏连蛋白，层黏连蛋白等多种细胞外基蛋白等多种细胞外基质成分的受体，普遍质成分的受体，普遍存在于各种动物细胞存在于各种动物细胞表面，是一个庞大的表面，是一

16、个庞大的受体家族。受体家族。 FN受体医学细胞生物学 FN的功能与疾病有助于维持细胞形态。有助于维持细胞形态。使细胞锚定在底物上静止不动，介导细胞的黏着，使细胞锚定在底物上静止不动，介导细胞的黏着，又能促进细胞运动迁移。在组织分化、细胞粘着又能促进细胞运动迁移。在组织分化、细胞粘着和迁移时起重要作用。和迁移时起重要作用。 有助于血液凝固和创伤修复。有助于血液凝固和创伤修复。FNFN与疾病：与疾病：爆发性肝损伤患者血浆爆发性肝损伤患者血浆FNFN急剧下降；某些癌症患急剧下降；某些癌症患者者ECMECM中中FNFN明显下降，粘着力下降，容易失散迁明显下降，粘着力下降，容易失散迁移。移。FNFN与心

17、血管系统疾病、结缔组织的衰老、骨关节与心血管系统疾病、结缔组织的衰老、骨关节炎、以及肿瘤发生与转移密切相关。炎、以及肿瘤发生与转移密切相关。 医学细胞生物学 LNLN是由三条大的肽链结是由三条大的肽链结合而成的聚合体，肽链通合而成的聚合体，肽链通过二硫键构建成过二硫键构建成“十十”字字形交叉，链中有各种球状形交叉，链中有各种球状结构域。结构域。构成基膜的重要成分，使构成基膜的重要成分，使细胞附着于基膜上。细胞附着于基膜上。2、层粘连蛋白(laminin，LN)医学细胞生物学糖尿病患者肾小球基膜中糖尿病患者肾小球基膜中LNLN的含量减低，而血清的含量减低，而血清中出现中出现LNLN的的P1P1片

18、段；片段；链球菌感染后的肾小球肾炎中出现链球菌感染后的肾小球肾炎中出现LNLN抗体；抗体；酒精中毒性肝炎、进行性全身硬化症、某些肿瘤酒精中毒性肝炎、进行性全身硬化症、某些肿瘤患者的血清中出现患者的血清中出现LNLN或其或其P1P1片段；片段；阻止癌细胞与阻止癌细胞与LNLN相结合的物质皆可不同程度地抑相结合的物质皆可不同程度地抑制实验性肺癌转移。制实验性肺癌转移。 LNLN与疾病与疾病医学细胞生物学LN的生物学意义LNLN与细胞的粘附、生长、迁移及形态发生；与细胞的粘附、生长、迁移及形态发生；LNLN与细胞的分化；与细胞的分化；LNLN与肿瘤的生长与转移；与肿瘤的生长与转移；LNLN与神经系统

19、发育；与神经系统发育；LNLN的碳水化合物与细胞之间的作用。的碳水化合物与细胞之间的作用。医学细胞生物学细胞外基质的重要性医学上细胞外基质与细胞具有同样重要的意义。医学上细胞外基质与细胞具有同样重要的意义。细胞外基质的组成成分及组装形式与组织的特殊细胞外基质的组成成分及组装形式与组织的特殊功能相适应。功能相适应。参与多种生命活动的基本方式。参与多种生命活动的基本方式。与多种疾病相关。与多种疾病相关。医学细胞生物学是一种特异的细胞外基质结构，厚是一种特异的细胞外基质结构，厚40-120nm40-120nm。上皮组织基底面的下方，将上皮细胞与结缔组织分上皮组织基底面的下方，将上皮细胞与结缔组织分开

20、。开。在肌细胞和脂肪细胞表面、血管内皮细胞下面、施在肌细胞和脂肪细胞表面、血管内皮细胞下面、施万细胞表面也有基膜。万细胞表面也有基膜。五、基膜 医学细胞生物学基膜的结构基膜的结构: : 基膜是由不同的蛋白纤维组成的网状结基膜是由不同的蛋白纤维组成的网状结构，构，LNLN不仅是基膜的主要成分，也是基膜的组织者，不仅是基膜的主要成分，也是基膜的组织者，而而型胶原则是基膜的网状钢架。型胶原则是基膜的网状钢架。基膜的功能基膜的功能: : 基膜不仅对组织结构起支持作用，同时基膜不仅对组织结构起支持作用，同时也是渗透性的障碍，调节分子和细胞的运动。也是渗透性的障碍，调节分子和细胞的运动。医学细胞生物学六、

21、细胞外被 又称又称糖萼糖萼，覆盖在细胞质膜表面的一层黏，覆盖在细胞质膜表面的一层黏多糖物质。以共价键和膜蛋白或膜脂结合形成多糖物质。以共价键和膜蛋白或膜脂结合形成糖蛋白或糖脂，是细胞质膜的正常结构成分。糖蛋白或糖脂，是细胞质膜的正常结构成分。膀胱上皮细胞表面的糖萼，钌红染色的电镜超薄切片医学细胞生物学 细胞外被功能 对膜蛋白有保护作用；对膜蛋白有保护作用； 并在分子识别中起重要作用；并在分子识别中起重要作用； 决定血型。决定血型。医学细胞生物学本节小结细胞外基质细胞外基质是个体发育过程中，由细胞合成并分泌到细是个体发育过程中，由细胞合成并分泌到细胞外的胞外的蛋白质和多糖所构成的网络结构。蛋白质和多糖所构成的网络结构。ECMECM依化学成分可分：依化学成分可分： 1 1 胶原胶原 2