学习部大礼包-细胞生物学1.14级临床课件第13讲156

1、细胞外基质Extracellular Matrix, ECM医学部细胞生物学系李莉文锦华主 要 内 容第一节、细胞外基质的主要成分第二节、细胞外基质的主要受体第三节、细胞外基质的降解第四节、细胞外基质的功能第五节、细胞外基质相关疾病ECM的基本概念- 存在于细胞外间隙中- 由蛋白质和糖类组装成的结构精细、复杂的不溶性大纤维网络和凝胶- 主要组成包括糖胺聚糖与蛋白聚糖、胶原、弹性蛋白、非胶原糖蛋白等ECM的组成成分- 氨基聚糖与蛋白聚糖- 胶原、弹性蛋白- 非胶原糖蛋白层粘连蛋白胶原氨基聚糖蛋白聚糖纤连蛋白ECM结构示意图w 骨、牙：钙化基质，坚硬如岩石w 肌腱、韧带：坚韧如绳索，适于承受张力w

2、 角膜：透明层，软而透明膝关节w 上皮组织和肌肉组织中ECM特化为基膜基膜肌肉结缔组织基膜肌细胞质膜上皮腔面结缔组织基膜w 结缔组织中ECM含量丰富上皮基膜巨噬细胞胶原纤维毛细弹性纤维结缔组织成纤维细胞透明质酸肥大细胞蛋白聚糖- 调节细胞的多种生命活动w 增殖w 分化w 迁移w 存活及纤粘连蛋白整合素受体微丝第一节 ECM的主要成分二、胶原三、弹性蛋白四、纤连蛋白、层粘连蛋白五、基膜1. 糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）- 由重复的二糖构成的直链多糖- 二糖由氨基己糖和糖醛酸组成- 氨基己糖多为N-乙酰氨基葡萄糖（N-乙酰氨基半乳糖(N-GalNAc)- 糖醛酸为葡萄糖醛

3、酸或艾杜糖醛酸Ac）或1. 糖胺聚糖（GAG）- 类型：6类w 根据二糖的类型、连接方式、硫酸化修饰的数量及位置的不同- 透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素糖胺聚糖的特性及组织分布糖胺聚糖重复二糖每二糖所含硫酸基组织分布透明质酸(HA)Hyaluronic acid葡萄糖醛酸-N乙酰氨基葡萄糖0软骨、神经系统硫酸软骨素(CS) Chondroitin sulfate葡萄糖醛酸-N乙酰氨基半乳糖0.2-2.3软骨、神经ECM硫酸皮肤素(DS)Dermatan sulfate葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸- N乙酰氨基半乳糖1.0-2.0皮肤、心、心瓣膜硫酸乙酰肝素(HS)

4、Heparan sulfate葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸- N乙酰氨基葡萄糖0.8-1.8基膜肝素Heparin葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸- N乙酰氨基葡萄糖1.8-2.4肺、肝、皮肤、肥大细胞硫酸角质素(KS) Keratan sulfate半乳糖-N乙酰氨基葡萄糖0.9-1.8软骨、角膜、椎间盘1. 糖胺聚糖（GAG）- 基本概念- 由重复的氨基己糖和糖醛酸二糖多糖构成的直链- 包括透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、硫酸乙酰肝素、肝素- 是细胞外基质的主要成分之一2. 蛋白聚糖（proteoglycan，PG）由糖胺聚糖与蛋白质的丝氨酸残基共价结合形成的 巨大- 构成蛋白聚糖的蛋白质蛋

5、白(core protein)，称为为单链多肽- 其含糖量达90952. 蛋白聚糖（PG）蛋白聚糖单体蛋白质(coreprotein)与一至数百个- 一条不同的氨基聚糖共价结合而成- 透明质酸除外2. 蛋白聚糖（PG）蛋白聚糖多聚体- 若干个蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成蛋白聚糖多聚体蛋白聚糖单体透明质酸1m蛋白聚糖多聚体（放大）蛋白质连接蛋白质透明质酸硫酸角质素硫酸软骨素300nm软骨中的蛋白聚糖左：蛋白聚糖的电镜结构右：蛋白聚糖的模式图3. 生物学特性在ECM中占据较大的空间结构- 氨基聚糖多位硫酸化的硫酸根(-SO42-)及糖醛酸的羧基(-COO-)，在生理pH下均解

6、离，带大量负电荷，同种电荷间相互排斥而使蛋白聚糖单体结构伸展，呈试管刷样结构3. 生物学特性高度亲水- 糖基含有多个羟基(-OH)，且氨基聚糖带有大量的负电荷，可吸引Na+ 云集在其周围，而Na+具有渗透效应，可导致ECM摄入大量的水分GAG和PG在ECM中提供凝胶样环境，具有缓冲和抗压作用因为在外界作用积的缩小使其负电荷相互靠近，同种电荷间的排斥力产生膨胀压抵抗压缩，去除后则反弹，在弹性蛋白的协同作用下可恢复组织原有的体积蛋白聚糖中含有一系列的结构位点， 可与ECM、细胞表面以及生长因子等结合，发挥其生物学功能参与细胞的迁移和增殖在胚胎组织和创伤组织中透明质酸旺盛、含量高，一旦细胞增殖到足够

7、的数量或细胞迁移到位，便由透明质酸酶将其破坏含有EGF样结构，具有诱导有的蛋白聚糖细胞生长的作用二、胶原(collagen )3.4.胶原的生成过程胶原的降解二、胶原(collagen )一般特点ØØØ细胞外基质中的骨架结构一种糖蛋白,不溶性纤维形蛋白质动物体内含量最丰富、分布最广泛的蛋蛋白质总量的25%以上白质，占胶原纤维成纤维细胞胶原纤维胶原糖蛋白是细胞外基质的骨架结构，含量丰富，分布广泛三条肽链形成的三股超螺旋结构，一般长300nm，直径1.5nm每条肽链称为a链- a链由(Gly-X-Y)n重复序列构成- Gly含量约占胶原氨基酸总量的1/3- X和Y可以

8、为其他任何aa，但X常为Pro(脯氨酸)， Y常为Hypro(羟脯氨酸)或Hylys (羟赖氨酸)- Hypro或Hylys的羟基可形成链间氢键，有助于三股超螺旋结构的稳固- Pro的环状结构与Gly极小的侧链使a多肽链自身卷曲为左手螺旋结构，每圈含有3个氨基酸残基胶原a链的一级结构特点示意图a链相同形成同源三聚体,不同形成异源三聚体；25种，形成20多种胶原编码a的类型组三股螺旋的长度特点a1(I)2a2(I)或a1(I)3I300nm 67nm横纹较粗大的纤维束a1(II)3II300nm67nm横纹较细的条状纤维束a1(III)3III300nm67nm横纹较细的纤维束a1(IV)2a2

9、(IV)IV390nm三维交联网络.C端球状，不形成纤维束Nature Reviews Molecular Cell Biology,15,771,2014原纤维性胶原- 形成胶原原纤维，并可进一步原纤维- 包括、型胶原成粗大的胶- 在组织中含量最丰富，细胞间质的主要成分- 主要分布于皮肤、角膜、骨、肌腱、韧带等- 为结缔组织提供抗张强度原胶原原纤维三股a肽链胶原纤维Collagen fibers as seen by SEM成网胶原，- 胶原一级结构中的Gly-X-Y重复序列被一些非重复序列所间隔，并形成散在的球状结构区域，因而导致三股螺旋结构中断和折转，形成网状结构- 包括和VII型胶原-

10、 是基膜大网络的主要组成成分成网胶原的结构CCCC7S7S7SNNNNNNCCC2个型胶原C端的聚合1个型胶原4个型胶原N端的共价交联型胶原形成的网状结构示意图原纤维相关胶原- 具有间断三股螺旋并与原纤维相关的胶原(FACIT)- 包括IX和型胶原- 结合在胶原原纤维的表面，与ECM中的其他成分相互作用，辅助原纤维性胶原的装配短链胶原- 如和型胶原- 其都很小其它类胶原- 如型胶原3. 胶原的生成过程产生胶原的细胞-以间质型细胞为主，如成纤维细胞、成骨细胞及成软骨细胞等胶原的生物及组装过程-细胞内阶段细胞外阶段成纤维细胞I型胶原为例进行讲述软骨细胞前体RNA mRNA转录剪接翻译细胞核RER

11、前a链C端前肽N端前肽重复Gly-X-Y序列 前胶原细胞内细胞外 原胶原组装 胶原原纤维胶原的结构及生物过程示意图S-S为二硫键 为半乳糖基 为葡萄糖基胶原生成的细胞内阶段主要包括转录、翻译、前a链的修饰及修饰后的聚合-翻译是在RER进行，早前胶原(preprocollagen)-早前胶原在RER腔中被切去信号肽而成为前a链(pro-a chain)带有信号肽的N端前肽重复的Gly-X-Y序列C端前肽胶原生成的细胞内阶段前a链在ER中进行修饰羟化- Pro和Lys残基发生羟化- 分别由脯氨酰羟化酶、赖氨酰羟化酶催化- 维生素C是羟化酶的辅助因子- 维生素C缺乏则前胶原的羟化不足，不能形成稳定的

12、三股螺旋结构，导致坏血病OHOHN端前肽OHOHC端前肽胶原生成的细胞内阶段前a链在ER进行修饰糖基化- 羟赖氨酸的糖基化：赖氨酰羟化酶催化进行- 前肽部分Asn（天冬酰胺）残基的糖基化- 糖链很短- 糖基化程度可调控原胶原纤维的直径OHOHOHN端前肽OHC端前肽胶原生成的细胞内阶段前a链的C端前肽借二硫键形成链间交联， 使三条a链“对齐”排列，因而从C® N端聚合形成三股螺旋结构胶原生成的细胞内阶段带有前肽的三股螺旋胶原(procollagen)。前胶原是原胶原的前体和称为前胶原形式，是以囊泡的形式到细胞外胶原生成的细胞外阶段前胶原在细胞外特异性蛋白水解酶作用下切去N端前肽及C端

13、前肽,形成不溶性的原胶原（tropocollagen）胞内(水溶性)胞外(水不溶)前胶原氨肽酶前胶原羧肽酶胶原生成的细胞外阶段原胶原是胶原纤维的基本结构- 三条a链盘绕而成三股螺旋结构称为原胶原(tropocollagen)，直径约1.5nm、长度约300nm- 原胶原疏水性极强，不溶性的纤维300nm长，直径1.5nm胶原生成的细胞外阶段原胶原在细胞(collagen fibril) 步组装成原纤维呈1/4原胶原交替有序排列，前后首尾相隔，侧向共价交联，形成明暗相间、直径10300nm、长至数微米、有周期性横纹的胶原原纤维原纤维原纤维的明暗相间横纹的形成胶原生成的细胞外阶段胶原原纤维共价交联

14、，形成不溶性的巨大胶原纤维(collagen fiber)。胶原纤维胶原的及组装过程原胶原胶原原纤维胶原纤维三股a肽链Collagen fibers as seen by SEM2. 胶原的生物学功能胶原构成ECM的骨架胶原在ECM中含量最高，刚性及抗张力度最大，是构成ECM的骨架结构，并与其他成分结合形成结构与功能的复合体。胶原几乎参与所有ECM的构建，不同、组织中胶原的含量、类型、排布方式不同，这些差别与、组织的功能相适应。胶原原纤维在ECM中按组织的需要以不同的形式组装。胶原纤维- I型胶原纤维的抗张力强度超过钢材- 交联键越多则抗张力强度越大w 跟腱是体内最强的腱，交联度最高- 随增长

15、，交联键日益增多，胶原纤维亦越发紧密，从而导致皮肤、及各种组织变得僵硬，成为老化的一个重要方面- 如果交联受到抑制，则胶原纤维的抗张强度大大降低，皮肤、肌腱及变脆，易于二、 胶原含量最丰富的细胞外基质糖蛋白由3条链盘绕成的三股超螺旋结构a链具有Gly-X-Y三肽重复序列，通常X是脯氨酸 或赖氨酸，Y是羟脯氨酸或羟赖氨酸是构成结缔组织和基膜的主要大骨架对于维持组织的形态和受力强度具有重要作用三、弹性蛋白人表皮中的弹性蛋白纤维网络扫描电镜图(已将胶原及氨基聚糖处理掉)三、弹性蛋白非糖基化的纤维状蛋白质由成纤维细胞、大动脉平滑肌细胞和软骨细 胞等产生构成弹性纤维的主要成分主要存在于伸展性较大的组织中

16、- 肺、大动脉、胎盘及一些弹性韧带- 在皮肤结缔组织中特别丰富，使皮肤具有弹性三、弹性蛋白由750个氨基酸残基组成的蛋白质，富含Pro和Gly，很少羟化，高度疏水不含Gly-X-Y重复序列，呈无规则卷曲结构，借Lys间交联键形成网状结构肽链由两种片断交替排列结合而成- 一是疏水性片断，赋予弹性- 一是富含丙氨酸和赖氨酸的螺旋，负责在相邻间形成交联弹性蛋白交联成的网络示意图四、纤连蛋白、层粘连蛋白广泛存在于细胞外基质、细胞表面和血浆的糖蛋白细 胞 外 基 质 中 的 非 胶 原 糖 蛋 白 （ non- collagenous glycoprotein）由多个结构域构成的多功能大既可与细胞相结合

17、，又可与细胞外基质其它大分子相结合，介导细胞与细胞外基质其他成分的粘着1. 纤连蛋白(Fibronectin, FN)分布- 血浆FN：存在于血浆及其它体液中- 表面FN：附着在细胞表面- 基质FN：存在于细胞外基质中型FN：绒毛膜ECM成分-1. 纤连蛋白(Fibronectin, FN)结构由两个相似的亚通过近羧基端的两个二硫键交联形成“V”字形二聚体铂标记的FN的旋转投影电镜图FN的结构模式图1.纤连蛋白(Fibronectin, FN)结构FN具有多个功能域，可与肝素、胶原以及细胞表面受体结合，功能多样1.纤连蛋白(Fibronectin, FN)RGD(精氨酸一甘氨酸一天门冬氨酸)序

18、列：FN肽 链中的一些短肽序列, 是FN与细胞表面受体整合素相互作用的关键基序1.纤连蛋白(Fibronectin, FN)功能：诱导细胞粘附、铺展和迁移运动30min红色：actin；120min绿色：vinculin10 min粘着斑小鼠心肌成纤维细胞在纤连蛋白基质上的粘附与铺展Balasubramanian S，et al., Plos One 20121.纤连蛋白(Fibronectin, FN)功能：诱导细胞粘附、铺展和迁移运动- 胚胎发育过程中，FN促进神经脊细胞迁移到各个区域，分化为神经节、色素细胞等- 在创伤修复中，FN促进巨噬细胞和其它免疫细胞迁移到受损部位四、纤连蛋白、层粘

19、连蛋白纤连蛋白（Fibronectin）- 广泛存在于细胞外基质、细胞表面和血浆的糖蛋白- 血浆纤连蛋白呈V字形二聚体，表面纤黏连蛋白和基质纤黏连蛋白为多聚体- 纤连蛋白具有多个可与细胞外基质大和细胞表面受体相结合的结构域，并含有与整合素结合的RGD三肽序列- 其主要功能是诱导细胞迁移运动和介导细胞黏附铺展2.层粘连蛋白(Laminin, LN)细胞外基质中的一种高量糖蛋白由一条重链（链）和两条轻链（和链）组装成不对称的十字形三条短臂分别由a链、b及g的N端肽链形成长臂为三条多肽链C端相互缠绕在一起，借链间二硫键 构成三股超螺旋结构铂标记的LN的旋转投影电镜图2.层粘连蛋白(Laminin,

20、LN)LN形成多功能的结构域- 具有型胶原、硫酸乙酰肝素、肝素、脑苷脂和神经节苷脂结合部位- 有与细胞结合的位点2.层粘连蛋白(Laminin, LN)LN含糖量很高，具有50条左右连接的糖链LN的多种受体可识别并结合其糖链结构， 因此LN的糖链直接参与其生物学功能LN序列中含有RGD序列，可与细胞表面的整合素受体结合，参与细胞的粘附、迁移等2.层粘连蛋白(Laminin, LN)LN是基膜中特有的黏附蛋白- 基膜是特化了的ECM主要由坐落在基膜上的上皮细胞和内皮细胞，以及被基膜包绕的肌细胞生成LN是胚胎发育中最早出现的细胞外基质成分五、基膜 (basal lamina, BL)特化的ECM，

21、为一薄而坚韧的网膜鸡胚角膜基膜的扫描电镜图E：上皮细胞BL：基膜(basal lamina)C：胶原EBLC五、基膜 (basal lamina, BL)分布：- 各种上皮细胞及内皮细胞坐落的铺垫- 也包绕在肌细胞、中枢神经系统、神经鞘细胞(Schwann cell)及脂肪细胞周围将细胞与结缔组织；选择性通透屏障作用；使坐落在其上的细胞具有极性基膜的分布情况示意图五、基膜 (basal lamina, BL)基膜的主要组成成分：- 胶原：型胶原为主，构成基膜的框架结构- 蛋白聚糖：多为渗滤素(perlecan)，一种硫酸乙酰肝素蛋白聚糖- 粘附性糖蛋白：层粘连蛋白LN- 内联蛋白（entact

22、in/nidogens)基膜的分布及结构模式图五、基膜 (basal lamina, BL)生物学功能- 决定上皮细胞和内皮细胞的形状与极性- 调节细胞的增殖，分化与迁移- 胚胎发育中发挥重要作用w LN, 将4和8细胞阶段的胚胎细胞粘附在一起，形成球体w 神经系统发育中, 神经元沿着含有LN及其它成分的ECM途径迁移，并进行定向分化五、基膜 (basal lamina, BL)参与创伤愈合和组织修复：- 该过程中上皮及其下结缔组织的重建都需要ECM的指导：w 上皮的愈合首先在血痂下形成临时基膜，成为上皮细胞迁移的“脚手架”，然后降解临时基膜代之以性基膜五、基膜 (basal lamina,

23、BL)对于肿瘤的发展具有特别重要的意义- 肿瘤细胞实现转移需三次穿过基膜五、基膜 (basal lamina, BL)上皮细胞、内皮细胞、肌细胞等细胞底侧或外侧特化的网状细胞外基质层形成，主要组分为IV型胶原由所属细胞和层粘连蛋白基膜将所属细胞与其下方的结缔组织隔开，具有选择性通透屏障作用基膜可诱导细胞极性的形成并促进细胞分化，还可参与创伤修复和再生五、基膜 (basal lamina, BL)人工基膜(Matrigel)可从小鼠EHS瘤中提取，可制成人工基膜。其主要成分 与基膜相似，是体外研究肿瘤细胞侵袭能力时所用的最接近体况的基膜成分。Matrigel 可用于以下实验研究1.细胞生长分化2

24、.细胞代谢及毒理研究Matrigel有效促进各种细胞贴壁及生长分化Matrigel能在体外抑制肝细胞伴随的分化，维持肝细胞功能，增加细胞色素P450表达3.肿瘤侵袭实验4.体内外新生研究Matrigel可包被不同孔径的微孔膜建立体外肿瘤侵袭转移模型Matrigel可构成体外上皮细胞移行和形成所需的基底膜第二节 ECM的主要受体一、 整合素二、整合素介导的信号通路三、 整合素异常与肿瘤第二节 ECM的主要受体细胞表面存在各种ECM成分的特异性受体- 多为跨膜糖蛋白；某些糖脂及跨膜PG可作为辅助受体- 一种基质蛋白质具有数种受体- 同一受体可识别多种ECM配体ECM受体分为两大类- 整合素族(in

25、tegrins):主要受体动物细胞与ECM结合的- 非整合素族(non-integrins)一、整合素 (integrins)是一大类细胞粘附跨膜糖蛋白a和b亚基构成异二聚体a亚基与受体识别有关b亚基胞内区与细胞骨架结合介导细胞细胞及细胞细胞外基质间的相互作用作用依赖于Ca2+一、整合素 (integrins)18种a亚基，8种b亚基，组合构成24种整合素b1亚质的受体b2 亚b3亚组成的整合素为细胞外基质蛋白组成的整合素介导白细胞的粘合组成的整合素介导血小板的粘合一、整合素 (integrins)a3b1、a5b1、avb1、avb3、avb5、RGD 三肽avb6、ab2b3等均识别一、整

26、合素 (integrins)是识别胶原、纤连蛋白、层黏连蛋白等多种细胞外 基质成分的细胞表面黏附为跨膜糖蛋白，由 链和二聚体链以非共价键组装成异多种整合素能够识别RGD序列整合素既可介导胞外信号的内传，又可介导胞内信 号的外传，并能调控细胞骨架的组装整合素的主要功能是介导细胞在细胞外基质上的黏附以及细胞与基膜的连接，并能调控细胞的迁移运动和增殖二、整合素介导的信号通路整合素介导的信号传导具有双向作用：- 胞内信号外传(inside-out signaling)- 胞外信号内传(outside-in signaling)Integrin 的构象与活化胞内信号外传(inside-out signa

27、ling)当细胞内的调节作用蛋白质与整合素的的胞质区结合时，可使其从折叠的非活化状态变成伸展的活化状态，这个过程称为胞内信号外传胞外信号内传(outside-in signaling)当整合素的胞外区与配体相结合时可导致构象改变而被活化，以致与胞质中的细胞骨架或信号的亲和性增强，进而将信号传至细胞内，引起一系列胞质中的，这个过程称为胞外信号内传胞外信号内传(outside-in signaling)随集发生丛集(clusting)活化的整合素，启动粘着斑(focal adhesion)的组装粘着斑又称灶性粘着(focalcontact)，是由整合素介导的细胞粘附于细胞外基质的动态粘合连接形式构

28、成粘着斑复合物的蛋白质有多种，这些选择性地、有序地通过相互作用聚合成动态复合物，形成不同的黏着斑粘着斑(focal adhesion)粘着斑中的重要蛋白质- 整合素- 粘着斑激酶(FAK)- Talin(踝蛋白)- 纽蛋白(vinculin)- 桩蛋白(paxilin)- a-辅肌动蛋白(a-actinin)- Tensin(张力蛋白)粘着斑粘着斑通过整合素在外连接ECM，通过多种连接 蛋白如Talin/Paxillin/Vinculin/-Actinin在内连接细 胞骨架微丝体系，参与细胞的铺展、迁移微丝与及其与整合素介导的黏附结构的关系SF,stress fiber; LP, lamell

29、ipodium; LA,lamellae; FA,focal adhesion; FX,focal complex.粘着斑Integrin 与ECM结合后启动细胞骨架系统的组装粘着斑激酶 FAK FAK在粘着斑的组装中发挥中心作用 非膜受体型酪氨酸激酶 FAK首先发生自身磷酸化转变为活化状态，然后通过上的多个蛋白质结合位点发挥 “脚手架”作用 级联方式激活下游一系列分子的磷酸化ECM/Integrin/FAK信号转导途径及其与RTK信号途径 的cross talk二、整合素介导的信号通路ECM-integrin-FAK激活的主要信号通路：ECMintegrin-FAK-Src-paxillin

30、-Crk/Cas/Graf-Cdc42/Rho启动细胞骨架系统的组装，参与细胞的铺展、迁移ECMintegrin-FAK-PI3K-AKT调控细胞的存活、凋亡、增殖等ECMintegrin-FAK-Grb2-So-Cyclin D调控细胞增殖、分化等-RafMAPK-二、整合素介导的信号通路v 整合素介导的信号通路与生长因子受体信号通 过FAK-Ras交汇。v 在大多数正常细胞，只有当Ras同时受到来自 生长因子受体和整合素两方面的刺激时，才能 使MAPK的活化达到引起c-fos转录所需要的阈 值水平，继而促进细胞从G1期进入S期。v 信号通路的这种“cross-talk”解释了大多数正常细胞

31、的粘附依赖性生长特性。三、整合素与肿瘤参与肿瘤发生的多个环节，影响肿瘤的生长、侵袭、转移等51-FN- 在结肠癌、癌等多种肿瘤组织高表达，在肿瘤的发生、侵袭、转移中发挥作用- 辅助诊断-靶标第三节 ECM的降解蛋白质成分：主要由基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase ， MMP)和丝氨酸蛋白酶的作用催化肽链降解糖链部分：主要由各种糖苷酶催化降解MMP基质金属蛋白酶 (matrix，MMP)metalloproteinase- 一组结构上同源的内切蛋白水解酶的总称- 其催化活性依赖于锌等金属离子- 能广泛降解胶原、非胶原糖蛋白和弹性蛋白等MMP分为五种亚型：- 胶原酶(c

32、ollagenase): MMP-1, -8, -13- 明胶酶(gelatinase) : MMP-2, -9- 基质溶解酶/基质溶素(stromelysin) : MMP-3,- 7,-10,-11,-12- 弹性蛋白酶(elastase) : MMP-12- 膜型基质金属蛋白酶(MT-MMP):15,-16,-17MMP-14,-MMP正常情况下，MMP的活性较低；在组织创伤修复、重塑或疾病过程中活性增加MMP通常以无活性的酶可被丝氨酸蛋白酶活化胶原酶的活性是高度特异的，仅水解特定蛋白质的少数部位，因而基质的完整性基本上可以被保留，为细胞的迁移开辟通道式MMP基质金属蛋白酶 (matri

33、x，MMP)metalloproteinase- ECM的降解片段常具有不同于原物质的活性- 调控细胞的黏附、迁移运动，参与胚胎发育、细胞分化、创伤修复和组织再生- MMP的表达水平与肿瘤的侵袭转移能力相关胶原的降解骨胶原可维持10年不发生降解，肌腱胶原的转换最慢在某些特殊生理、病理情况下，胶原的转换加快胶原的降解参与胶原分解的酶类主要有：- 胶原酶，主要作用于I、型胶原- 明胶酶，作用于、V、型胶原w 肿瘤细胞产生明胶酶，特异性地作用于型胶原，破坏基膜，为侵袭、转移开辟道路- 基质裂解素，作用于、IV、X型胶原胶原的降解胶原的降解过程- 三股超螺旋部分：先被胶原酶作用，打开超螺旋后，才能进一

34、步被蛋白水解酶降解- 非螺旋/弱螺旋部分：可直接被蛋白水解酶降解胶原的降解胶原的降解过程- 胶原酶通常无活性，经蛋白酶(纤溶酶和舒缓素)作用后转变为有活性的胶原酶- 前胶原水解下来的前肽对胶原酶起抑制作用- 胶原酶的活化与抑制，可以调节胶原的转换率，在一些生理和病理过程中发挥重要作用胶原的降解胶原的降解产物- 有时具有一定的生物学活性- 例如：基膜胶原的蛋白酶降解产物对生有显著的抑制活性新- Endostatin是其中一种，可通过与内皮细胞表面整和素结合，抑制依赖于整和素的内皮细胞的存活与迁移。因而具有抗肿瘤作用，已进行临床实验研究Endostatin 是基膜中XVIII型胶原的降解产物第三节

35、 ECM的降解老化组织性蛋白的生成减慢，降解，组织失去弹性ECM的降解失调会导致坏血病、脆骨病、骨性关节炎等疾病第四节一、细胞外基质的物理学作用1. 维持组织的结构形态2. 决定组织的牵张强度3. 决定组织的伸缩弹性4. 参与创面的收缩愈合5. 维持组织的内环境6. 贮存细胞因子维持组织结构的完整性ECM连接、支持组织中的细胞，保持组织的完整性，赋予组织保水性、粘弹性、抗张性及抗压性- 糖胺聚糖和蛋白聚糖提供凝胶环境，赋予组织抗压能力- 胶原和弹性蛋白作为结构性蛋白赋予组织抗牵拉能力/抗张性- 纤连蛋白和层粘连蛋白介导细胞和细胞间及细胞与ECM间的粘着决定组织的牵张强度储存细胞因子第四节二、细

36、胞外基质的生物学作用1. 调控细胞的存活、增殖与分化2. 调控细胞的迁移运动3. 促进创伤修复和组织再生4. 调节免疫反应控制细胞的增殖（ anchorage-锚定依赖性生长dependentgrowth）：大多数正常真核细胞在球形悬浮状态下不能增殖，只有黏附在一定的基质上才能生长和增殖，这种现象谓之。控制细胞的增殖长 （ anchorage-锚定依赖性生dependent growth）：基质的表面积与单个细胞的DNA间存在正相关正常细胞存在密度依赖性生长量之控制细胞的存活正常真核细胞(成熟血细胞除外)一旦脱离了ECM则会发生凋亡，此现象称为anoikis失巢凋亡)(不同的细胞依赖于不同的受

37、体和不同的ECM而存活肿瘤细胞失去“失巢”现象，在软胶悬浮状态仍能存活、生长，称为定着不依赖性生长控制细胞分化某些类型的细胞通过与特定的ECM成分作用而撤出细胞周期，进行形态与功能的分化：- 成肌细胞在FN基质上增殖并保持未分化的表型； 在LN基质上停止增殖，进行分化，融合为肌管- 可以决定干细胞的分化方向w 在型胶原和LN基质上，演变为呈片层极性排列的上 皮细胞w 在型胶原和FN基质上可成为成纤维细胞w 在型胶原及软骨粘连蛋白或骨粉制成的基质上则成为 软骨细胞细胞外基质对干细胞分化的影响细胞外基质对细胞分化的影响前端后端运动前缘拖尾缘细胞的迁移需要细胞粘附与去粘附交替进行细胞在细胞外基质上的

38、迁移体外培养的细胞迁移的过程：细胞迁移时形成扇形的片状伪足；可看到细胞背部的拖尾及尾部被扯断（箭头）调控细胞的迁移运动ECM为细胞迁移提供“脚手架”,控制细胞迁移的速度与方向，- FN可促进成纤维细胞及角膜上皮细胞的迁移；- LN可促进胚胎细胞、内皮细胞及多种肿瘤细胞的迁移- 胚胎发育过程中神经嵴细胞沿着富于FN的基质进行迁移，最终分化成肾上腺素能神经元调控细胞的迁移运动细胞的迁移受ECM密度和硬度的影响- 趋触性：从低密度向高密度迁移- 趋硬性：从低硬度向高硬度迁移- 肿瘤组织的纤维化促进肿瘤的侵袭、转移细胞粘附/铺展细胞形状细胞迁移细胞增殖细胞存活/凋亡细胞分化细胞外基质细胞外基质糖蛋细白

39、胞具外有基全质方位生物学作用第四节胚胎发育：形态发生、形成成体：维持组织结构和功能的完善促进创伤修复和组织再生调节免疫应答促进创伤修复和组织再生一些ECM成分，胶原等组织损伤时，激活血小板，纤连蛋白等与血小板表面受体结合,在血小板周围，并在血小板之间形成连接，使血小板凝集，促进血液凝固血浆纤连蛋白与纤维蛋白共同构成血凝块中的纤维，成为组织修复的初始基质促进创伤修复和组织再生纤连蛋白吸引成纤维细胞、平滑肌细胞及内皮细胞 到达创伤部位修补损伤组织，之后纤维化，形成瘢 痕组织ECM成分还可刺激上皮细胞向血块迁移而闭合创面由上皮组织产生并层粘连蛋白及型胶原等成分取代纤连蛋白及纤维蛋白成为基膜基膜在上皮

40、、肌肉及神经损伤后的组织重建中均具 有重要作用外源性的ECM（生物脚手架）在医学中广泛用于组织修复和组织工程生物脚手架材料来源：- 猪组织：、小肠等，可除净细胞、进行并保留ECM成分的结构与功能- 人脐带植入的外源性ECM会招募循环中的祖（干）细胞抵达损伤部位、然后外源性ECM被降解并产生生物活性主组织。，生成和具有功能的宿调节免疫应答血浆纤连蛋白是血浆中重要的非特异性免疫调理素，组织中的纤连蛋白在组织受到损伤等病理情况下 也具有重要的调理功能纤连蛋白能显著增强单核细胞对颗粒物质的吞噬作用，并能激活单核细胞对C3b或IgG包裹的颗粒物 质的吞噬第五节 ECM相关疾病一、糖胺聚糖和蛋白聚糖异常与疾病二、胶原蛋白异常与疾病三、弹性纤维异常与疾病四、纤黏连蛋白和层黏连蛋白异常与疾病一、糖胺聚糖和蛋白聚糖异常与疾病1. 黏多糖贮积症（mucopolysaccharidoses，MPS）:由于特定的糖苷酶或硫