细胞外基质医学知识讲座培训课件

1、细胞外基质医学知识讲座细胞外基质医学知识讲座第二节 细胞外 基质ExtraCellular Matrix, ECM2细胞外基质医学知识讲座第二节 细胞外 基质ExtraCellular Matri结缔组织中的成纤维细胞3细胞外基质医学知识讲座结缔组织中的成纤维细胞3细胞外基质医学知识讲座 ECM(extracellular matrix)是细胞外大分子构成的网络。 可分为三类： 氨基聚糖与蛋白聚糖-凝胶样基质； 胶原和弹性蛋白等-纤维网架, 结构蛋白； 非胶原性黏合蛋白，包括纤连蛋白和 层粘连蛋白-粘附成分 ECM的主要组成成分4细胞外基质医学知识讲座 ECM(extracellular ma

2、trix)是细胞ECM 功 能1、物理学功能： 支持、连接、保护、保水、抗压、营养作用。2、生物学作用： ECM对细胞功能的影响作用：形态、增殖、分化、粘着、迁移等。 细胞对ECM的决定性作用：产生、分子组装、分布、降解。5细胞外基质医学知识讲座ECM 功 能1、物理学功能：5细胞外基质医学知识讲座一、 氨基聚糖和蛋白聚糖高分子量的含糖化合物 氨基聚糖(glycosaminoglycan,GAG)：黏多糖 蛋白聚糖(proteoglycan)：糖蛋白构成亲水性凝胶赋予组织弹性、抗压性6细胞外基质医学知识讲座一、 氨基聚糖和蛋白聚糖高分子量的含糖化合物6细胞外基质1、氨基聚糖 （GAG）1、结构

3、： 重复的二糖单位聚合而成的直链多糖 二糖单位：氨基己糖（N-乙酰氨基葡萄糖）、糖醛酸（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸）2、电性：强电负性, COO-, SO32-7细胞外基质医学知识讲座1、氨基聚糖 （GAG）1、结构：2、电性：强电负性, CO氨基聚糖可分为六类： 透明质酸（HA） 硫酸软骨素（CS） 硫酸皮肤素（DS） 硫酸乙酰肝素（HS） 肝素(heparin) 硫酸角质素（KS）透明质酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG，含多达10万个糖基。8细胞外基质医学知识讲座氨基聚糖可分为六类： 透明质酸（HA）透明质酸(HA)9细胞外基质医学知识讲座9细胞外基质医学知识讲座透明质酸（HA）结构：最简单，

4、不发生硫酸化，含有大量亲水性的负电荷基团形态：呈无规则卷曲状降解：透明质酸酶功能：赋予组织弹性、抗压性促进细胞迁移、增殖10细胞外基质医学知识讲座透明质酸（HA）结构：最简单，不发生硫酸化，含有大量亲水性的2、蛋白聚糖（Proteoglycan,PG）1、结构： 氨基聚糖(除HA外)与核心蛋白共价结合成的糖蛋白GAG（除HA） PG（单体） 核心蛋白 连接蛋白 PG（多聚体） HA 11细胞外基质医学知识讲座2、蛋白聚糖（Proteoglycan,PG）1、结构：11(CS)硫酸角质素KSPG连接蛋白HA12细胞外基质医学知识讲座(CS)硫酸角质素KSPG12细胞外基质医学知识讲座13细胞外基

5、质医学知识讲座13细胞外基质医学知识讲座3、氨基聚糖GAG和蛋白聚糖PG的功能使组织具有弹性、抗压性、抗张、维持组织形态、防止机械损伤等对物质转运有选择渗透性（分子筛）透光性，角膜中的硫酸软骨素和硫酸角质素，阻止血管形成，使角膜柔软且透光抗凝血，肝素PG可与某些凝血因子结合细胞表面PG具有传递信息作用与组织老化有关，关节软骨、HA、CS14细胞外基质医学知识讲座3、氨基聚糖GAG和蛋白聚糖PG的功能使组织具有弹性、抗压性 二、胶原和弹性蛋白15细胞外基质医学知识讲座 二、胶原和弹性蛋白15细胞外基质医学知识讲座1、胶原（ Collagen）含量最多（25-30%）、分布广泛纤维蛋白家族来源：成

6、纤维细胞 软骨细胞 成骨细胞 上皮细胞等16细胞外基质医学知识讲座1、胶原（ Collagen）含量最多（25-30%）、分布17细胞外基质医学知识讲座17细胞外基质医学知识讲座18细胞外基质医学知识讲座18细胞外基质医学知识讲座19细胞外基质医学知识讲座19细胞外基质医学知识讲座1、胶原的主要类型及分布类型：26种(见表格) 由不同的结构基因编码分布：组织特异性 IIII型-皮肤血管壁等 II型-软骨等 IV型-基膜20细胞外基质医学知识讲座1、胶原的主要类型及分布类型：26种(见表格)20细胞外基质胶原的主要类型21细胞外基质医学知识讲座胶原的主要类型21细胞外基质医学知识讲座2、胶原的分

7、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，三条多肽链组成三股螺旋结构, 富含Gly（甘）,Pro（脯）和Lys（赖）三肽重复序列： Gly - X - Y X：Pro；Y：Hypro/Hylys特征性化学修饰：Pro，Lys羟基化 Lys选择性糖基化glycineLength300nm22细胞外基质医学知识讲座2、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三23细胞外基质医学知识讲座23细胞外基质医学知识讲座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，组织僵硬老化。24细胞外基质医学知识讲

8、座原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。24细胞外基质3、胶原的合成装配与降解来源：成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞等合成：细胞内（细胞核-内质网-高尔基体-分泌小泡）装配：细胞外降解：细胞外25细胞外基质医学知识讲座3、胶原的合成装配与降解来源：成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞（1）细胞内合成细胞核：链基因转录加工形成mRNArER核糖体：翻译合成前体肽链ER网腔：切信号肽并加前肽，形成前链，交联形成三股螺旋结构-前胶原分子Golgi体：前胶原（加工修饰）分泌小泡：前胶原（运输至胞外）（2）细胞外装配前胶原-（前肽酶切去前肽）胶原分子-（有序排列，自我装配）胶原原纤维（coll

9、agen fibril）-（聚集成束）胶原纤维（collagen fiber）26细胞外基质医学知识讲座（1）细胞内合成细胞核：链基因转录加工形成mRNA（2）细1 链基因转录加工形成mRNA8 聚集成束7有序排列，自我装配，胶原原纤维6前肽酶切去前肽4 Golgi体：前胶原加工修饰3切信号肽并加前肽，形成前链，交联形成三股螺旋结构-前胶原分子2 rER核糖体：翻译合成前体肽链5 分泌小泡：前胶原运输至胞外27细胞外基质医学知识讲座1 链基因转录加工形成mRNA8 聚集成束7有序排列，自我（3）胶原的胞外降解胶原存在、分布稳定，更新转换较慢。但在创伤修复或炎症反应初期，转换速率加快降解：胶原酶

10、（collagenase）28细胞外基质医学知识讲座（3）胶原的胞外降解胶原存在、分布稳定，更新转换较慢。但在创二、弹性蛋白（elastin）弹性蛋白和原纤维蛋白（fibrillin）构成弹性纤维（elastic fiber） 。29细胞外基质医学知识讲座二、弹性蛋白（elastin）弹性蛋白和原纤维蛋白（fibr1、结构特点高度疏水的非糖基化纤维蛋白富含Gly、Pro很少羟化，无糖基化修饰呈无规则卷曲状不含Gly-X-Y重复序列，不形成规则的三股螺旋30细胞外基质医学知识讲座1、结构特点高度疏水的非糖基化纤维蛋白30细胞外基质医学知识2、合成与降解合成与装配： 胞内：可溶性弹性蛋白原 胞外：

11、分子交联装配成弹性纤维网 降解：弹性蛋白酶3、功能构成弹性纤维网络的主要成分与无弹性的胶原互相交织，赋予组织弹性和韧性31细胞外基质医学知识讲座2、合成与降解合成与装配：3、功能构成弹性纤维网络的主要成分三、非胶原性黏合蛋白黏合蛋白： 纤粘连蛋白（fibronectin，FN） 层粘连蛋白（laminin，LN）功能：连接细胞与细胞外基质32细胞外基质医学知识讲座三、非胶原性黏合蛋白黏合蛋白：32细胞外基质医学知识讲座33细胞外基质医学知识讲座33细胞外基质医学知识讲座1、纤粘连蛋白 FN（1）分布广泛： 血浆FN可溶，存在于血浆及各种体液； 细胞FN不溶，存在于ECM、细胞表面，主要由间质细

12、胞分泌产生（2）分子结构由两个亚基形成二聚体 血浆FN：两条多肽链由二硫键交联成二聚体 细胞FN：二聚体交联形成多聚体广泛存在于人和动物组织中，属高分子量糖蛋白含有多种大分子结合位点34细胞外基质医学知识讲座1、纤粘连蛋白 FN（1）分布广泛：（2）分子结构34细胞外FN 35细胞外基质医学知识讲座FN 35细胞外基质医学知识FN将细胞连接到细胞外基质上 36细胞外基质医学知识讲座FN将细胞连接到细胞外基质上 36细胞外基质医学知识讲座（3）功能介导细胞与ECM的粘附促进细胞迁移：黏附与去黏附促进创面修复和血液凝固:血浆FN吸引Fibroblast,SMC,Endothelial cell,并

13、刺激上皮细胞增生37细胞外基质医学知识讲座（3）功能37细胞外基质医学知识讲座2、层粘连蛋白 LN来源：上皮细胞、内皮细胞、肌细胞等，是胚胎发育过程中出现最早的细胞外基质成份属高分子量黏合糖蛋白，含糖13-28%，由一条重链、二条轻链（、）借二硫键交联而成与IV型胶原共同构成基膜（BM）38细胞外基质医学知识讲座2、层粘连蛋白 LN来源：上皮细胞、内皮细胞、肌细胞等，是胚（1）分子结构三条多肽链由二硫键交联构成异构三聚体含有多种大分子结合位点39细胞外基质医学知识讲座（1）分子结构三条多肽链由二硫键交联构成异构三聚体39细胞外（2）、功能构成基膜（basement membrane, BM）介

14、导上皮细胞粘着于基膜影响细胞粘附、迁移、分化、增殖或凋亡等40细胞外基质医学知识讲座（2）、功能构成基膜（basement membrane, 一、细胞外基质对细胞生物学的影响 1影响细胞的形态结构不同细胞具有不同的细胞外基质，介导的细胞骨架组装的状况不同，从而表现出不同的形状。2影响细胞的生存与死亡定着依赖性：如上皮细胞一旦脱离了ECM则会发生失巢凋亡。细胞外基质与细胞间的相互作用41细胞外基质医学知识讲座一、细胞外基质对细胞生物学的影响 细胞外基质与细胞间的相互作3调节细胞的增殖和分化 定着依赖性生长（anchorage dependent growth）。如成肌细胞在纤粘连蛋白上增殖并保

15、持未分化的表型；而在层粘连蛋白上则停止增殖，进行分化，融合为肌管。4参与细胞的迁移细胞的迁移依赖于细胞的粘附与去粘附，细胞骨架的组装与去组装。42细胞外基质医学知识讲座3调节细胞的增殖和分化 42细胞外基质医学知识讲座二、细胞对ECM的影响1、ECM由其所在细胞分泌；2、ECM成分的降解是在细胞的控制下进行ECM由基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶家族联合作用下降解。同时细胞也分泌基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶的抑制剂控制蛋白酶的作用43细胞外基质医学知识讲座二、细胞对ECM的影响1、ECM由其所在细胞分泌；43细胞外细胞外基质的特化结 构-基膜BM44细胞外基质医学知识讲座细胞外基质的特化结 构-基

16、膜BM44细胞外基质医学知识讲座基膜（BM）-细胞外基质的特化结构45细胞外基质医学知识讲座基膜（BM）-细胞外基质的特化结构45细胞外基质医学知识讲细胞外基质医学知识讲座培训课件图8 单层柱状上皮模式图47细胞外基质医学知识讲座图8 单层柱状上皮模式图47细胞外基质医学知识讲座图8 单层柱状上皮模式图48细胞外基质医学知识讲座图8 单层柱状上皮模式图48细胞外基质医学知识讲座49细胞外基质医学知识讲座49细胞外基质医学知识讲座第三节 与疾病的关系一、肿瘤转移与细胞粘附分子、细胞外基质二、细胞粘附分子与其他疾病三、细胞外基质与组织纤维化50细胞外基质医学知识讲座第三节 与疾病的关系一、肿瘤转移

17、与细胞粘附分子、细胞外基质肿瘤转移与细胞粘附因子、细胞外基质肿瘤细胞浸润转移从分子水平上可以分为3个阶段： 肿瘤细胞之间的解黏附和肿瘤细胞与ECM之间的黏附; ECM的降解：肿瘤细胞和宿主细胞分泌的蛋白水解酶,使肿瘤细胞周围的ECM发生降解;运动：肿瘤细胞被生长因子及趋化因子诱导,向纵深运动。此过程反复连续进行,宏观结果即表现为肿瘤细胞向外扩展、侵袭。51细胞外基质医学知识讲座肿瘤转移与细胞粘附因子、细胞外基质肿瘤细胞浸润转移从分子水现已证实，肿瘤组织中有多种细胞外基质成分和CAM的改变，且肿瘤细胞还能诱导周围ECM发生有利于肿瘤细胞生长和转移的重构，这些改变赋予了肿瘤的侵袭和转移能力。 52

18、细胞外基质医学知识讲座现已证实，肿瘤组织中有多种细胞外基质成分和CAM的改变，且肿（一）肿瘤细胞从原发肿瘤部位脱离 原因：肿瘤细胞表面钙粘素（如E-）表达、细胞之间粘附性 基因转染实验证实：钙粘素可限制或逆转肿瘤的转移行为（二）肿瘤细胞穿过基底膜及细胞外基质进入淋巴S或血液S AM介导 肿瘤细胞-与基底膜、ECM粘附释放蛋白酶降解ECM、破坏基底膜通过细胞移动血循环（三）肿瘤细胞在血循环中的移动 肿瘤细胞ICAM-1表达，而血中SICAM-1表达封闭L2的作用LC、NKC识别瘤细胞能力 肿瘤细胞通过自身粘附或与纤维蛋白沉积物结合瘤血栓逃避免疫监视 通过整合素家族中的GPb/a的介导与血小板粘附

19、肿瘤细胞逃避免疫监视53细胞外基质医学知识讲座（一）肿瘤细胞从原发肿瘤部位脱离 原因：肿瘤细胞 (四）肿瘤细胞与易位器官EC的选择性粘附 转移性肿瘤细胞在易位器官穿过血管壁的第一步是与血管内皮细胞的特异性粘附，已证明是由CAM介导的。而且肿瘤细胞转移所具有器官特异性与不同器官血管内皮细胞表达的AM不同有关 易转移入 皮肤黑色素瘤（表达41） -肺 （原因：肺血管EC上VCAM-1表达非常丰实） 易转移入 胃Ca、结肠Ca（表达sle寡糖） -肝 （原因：E- 选凝素主要分布在肝脏）（五）肿瘤细胞穿过血管基底膜及破坏细胞外基质 “外向侵袭” 肿瘤C从Cap和小V进入组织 通过表达的整合素粘附分子

20、、CD44、LM受体等介导与内皮下基底膜（SEM）成分粘附在细胞因子、生长因子诱导下肿瘤细胞产生蛋白酶（金属蛋白酶、丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶）降解SEM成分肿瘤外向转移肿瘤细胞生长、分裂、血管生成转移灶 直接穿过内皮细胞肿瘤外向转移肿瘤细胞生长、分裂、血管生成转移灶54细胞外基质医学知识讲座 (四）肿瘤细胞与易位器官EC的选择性粘附 转移性肿瘤细胞粘附分子与其他疾病（一）粘附分子在心血管病理过程中的作用AM与心肌缺血-再灌注损伤（MIRI）在心肌缺血-再灌注后不同时间，不同AM的作用不同 再灌注后20mim，PMN上的L-选凝素可很快从激活的细胞表面释放，造成白细胞的滚动状

21、态，这是白细胞与内皮细胞粘附的先决条件。随着再灌注时间的延长，PMN表面2整合素（CD11/ CD18）的表达上调（4h） 随着再灌注时间的延长，内皮细胞表面P-选凝素（20mim）、 ICAM-1(1h) 和E-选凝素（4h）的表达上调，心肌细胞表面也出现ICAM-1的表达 PMN跨内皮细胞迁移通过2整合素/ICAM-1途经与心肌细胞粘附，直接释放细胞毒性介质造成其损伤。 应用选凝素、2整合素和ICAM的单克隆抗体在不同动物MIRI模型中均显示了心肌坏死程度减轻，血清CPK活性降低等。表明：抗粘附分子治疗可成为临床预防MIRI的有效途径AM与动脉样硬化（AS）在人AS病变部位内皮细胞上VCA

22、M-1表达上调，通过VCAM-1/41整合素途径募集单核细胞，单核细胞又可激活内皮细胞而诱导其上的VCAM-1、ICAM-1、E-选择素等的表达，以使更多的单核细胞侵润。在人AS病变进展时，某些细胞表面AM的表达则选择性地下调或丧失，最近研究发现，AS病变部位巨噬细胞上CD11b和CD18表达下调。55细胞外基质医学知识讲座细胞粘附分子与其他疾病（一）粘附分子在心血管病理过程中的作用（二）粘附分子在炎症、凝血、组织损伤修复中的作用 （1）AM在炎症反应中的作用AM在下列过程中参与：白血球（WBC）在微血管中附壁滚动 、WBC的激活、WBC与血管内皮细胞的粘附、WBC穿血管游走AM在急性炎症、慢

23、性炎症性疾病均发挥作用，而且还是移植排异反应的始动因素 AM介导WBC与内皮细胞相互作用炎症细胞浸润 AM介导淋巴细胞与抗原体呈细胞之间相互作用激活TLC效应细胞对移植物细胞的杀伤反应 因此人们试图使用阻断粘附的方法治疗炎症性疾病。有： 特定粘附分子的单抗 合成的粘附分子配体的多肽 人工合成的作为选凝素配体的寡糖56细胞外基质医学知识讲座（二）粘附分子在炎症、凝血、组织损伤修复中的作用 （1（2）AM在止血和凝血中的作用 血小板是参与止血，凝血和血栓形成过程的主要效应细胞，其与内皮下基底膜及血浆中粘附蛋白之间的粘附和血小板相互之间的聚集，是由多种粘附分子参与的过程。（3）AM在组织损伤修复中的

24、作用组织损伤炎症反应EC、WBC的AM表达WBC粘附、游出清除病菌、坏死组织有利于再生、修复组织修复过程中多种细胞的游走是纤连蛋白与其受体结合介导的锚着依赖过程。57细胞外基质医学知识讲座（2）AM在止血和凝血中的作用 血小板是参与止血，凝血（三）AM参与免疫反应的调节 AM在免疫反应过程中发挥重要作用 CD4+TLC的激活 BLC的激活（靠活化的TLC表达的AM介导） LC的归巢、再循环 58细胞外基质医学知识讲座（三）AM参与免疫反应的调节 AM在免疫反应过程中发挥重要作细胞外基质与组织纤维化（一）细胞外基质与肝纤维化 肝纤维化早期时III型胶原增多，发展到肝硬化时，I型和II型胶原均明显增多，且以I 型为主。GAG含量随肝纤维化的加重而增加，肝纤维化早期以透明质酸、硫酸软骨素增多为主，肝硬化晚期以硫酸角质素增多为主。FN含量在肝纤维化早期大量增加，晚期含量减少。（二）细胞外基质与肺纤维化肺纤维化是很多肺疾病的晚期表现，尽管病因各异，其早期表现均为肺泡炎、肺泡壁损伤、间质成分改变，而修复障碍是肺纤维化发生的关健。免疫组化及分子杂交显示石英粉尘所致的大鼠纤维化组织，I、III型胶原的mRNA表