第十一章细胞外基质

第十一章细胞外基质第一页，共66页。内容概述第一节氨基聚糖和蛋白聚糖第二节胶原与弹性蛋白第三节非胶原性黏合蛋白第二页，共66页。多细胞生物

细胞(cell)：机体形态结构与功能的基本单位

组织（tissue):众多的细胞由细胞外基质组合在一起构成的细胞群体。

（上皮组织，结缔组织，肌组织，神经组织）组织(tissue)→器官(organ)→系统(system)

概述第三页，共66页。

分布于细胞外空间，细胞分泌的由蛋白质和多糖构成的高度水合性纤维网络凝胶结构。细胞外基质定义：

功能：

对细胞支持、连接、保护、营养

与细胞各种生命活动有关与组织细胞病理过程有关（创伤修复、纤维化、细胞恶变侵润转移）来源：成纤维细胞（主）特化组织细胞第四页，共66页。含量种类差别大、决定组织物理性状适合其功能上皮组织肌组织脑脊髓肝含量少：含量多：结缔组织平滑肌第五页，共66页。神经组织骨组织第六页，共66页。二、细胞外基质的组成成分1.氨基聚糖和蛋白聚糖——凝胶样基质2.胶原和弹性蛋白——纤维网架3.非胶原糖蛋白（纤连蛋白和层粘连蛋白）——粘着成分成分：第七页，共66页。细胞外基质第八页，共66页。

上皮细胞基底膜巨噬细胞成纤维细胞蛋白多糖胶原纤维弹性纤维肥大细胞结缔组织中的细胞外基质第九页，共66页。第一节氨基聚糖和蛋白聚糖一、氨基聚糖（glycosaminoglycan,GAG）

重复的二糖单位构成的直链多糖二糖单位氨基己糖(N-乙酰氨基葡萄糖/乙酰氨基半乳糖)糖醛酸(葡萄糖醛酸/艾杜糖醛酸)化学组成：第十页，共66页。重复二糖单位构成的直链多糖,多数糖基硫酸化并带有羧基，呈强负电性。艾杜糖醛酸N-乙酰半乳糖-4-硫酸硫酸皮肤素二糖重复单位第十一页，共66页。六种类型(糖基连接方式硫酸化位置)：1.透明质酸（HA）2.硫酸软骨素（CS）3.硫酸皮肤素（DS）4.硫酸角质素（KS）5.硫酸乙酰肝素（HS）6.肝素（heparin）第十二页，共66页。二糖单位：N-乙酰氨基葡萄糖葡萄糖醛酸5000－10000个二糖重复单位透明质酸（hyaluronicacid,HA）-1,3连接组成N-乙酰氨基葡萄糖葡萄糖醛酸第十三页，共66页。透明质酸（hyaluronicacid,HA）第十四页，共66页。结构：最简单不发生硫酸化含有大量亲水基团、负电荷形态：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、增殖创伤修复愈合透明质酸（hyaluronicacid，HA）第十五页，共66页。二、蛋白聚糖(proteoglycan,PG）

1.组成结构：氨基聚糖核心蛋白共价结合一条核心蛋白可结合100条以上相同或不同的氨基聚糖蛋蛋白聚糖单体蛋白聚糖单体第十六页，共66页。蛋白聚糖单体连接蛋白透明质酸蛋白聚糖多聚体非共价氨基聚糖核心蛋白透明质酸分子筛形成巨大多聚体异质性高分类困难第十七页，共66页。第十八页，共66页。蛋白聚糖多聚体第十九页，共66页。2.蛋白聚糖的合成核心蛋白在RER核糖体上合成，高尔基体内装配直链多糖（GAG）。硫酸化、异构化修饰。核心蛋白Ser－连接四糖－糖基转移酶合成糖链第二十页，共66页。氨基聚糖和蛋白聚糖功能：构成水合凝胶样基质

1.使组织具有弹性和抗压性2.对物质转运有选择渗透性3.传递信息/抗凝血功能4.角膜中的PG有透光性5.组织老化有关第二十一页，共66页。第二节胶原与弹性蛋白一、胶原（collagen）

高度特化、不溶性的纤维蛋白家族。体内含量最多的蛋白(25%)。分布于各种组织细胞间。不同组织中胶原的含量差别很大。成纤维细胞、成骨细胞、软骨细胞合成分泌。第二十二页，共66页。胶原在不同组织中的含量

/组织胶原的含量（克100克干重）脱钙骨88.0跟腱86.0皮肤71.9角膜68.1软骨46~63韧带17.0主动脉12~24肺10肝4第二十三页，共66页。胶原纤维束第二十四页，共66页。第二十五页，共66页。三肽重复序列：Gly-X-YX=Pro、Y=Hypro或(Hylys)（一）胶原分子（collagenmolecule）的结构1.胶原分子：三条-螺旋肽链组成的3股螺旋结构。L:300nm,Φ:1.5nm,每条约1000AA。Gly:1/3(选择性糖基化)（甘氨酸）Pro(Hypro)（羟脯氨酸）Lys(Hylys)（羟赖氨酸）第二十六页，共66页。α链及胶原分子（collagenmolecule）羟化和糖基化稳定的3-螺旋结构第二十七页，共66页。胶原分子弹性纤维第二十八页，共66页。2.胶原原纤维（collagenfibril）原胶原分子胶原原纤维胶原纤维束

不同的胶原分子首尾相隔35nm,相邻分子相错1/4长度阶梯式有序排列，侧向间共价结合，彼此交联聚合形成直径不同（10~300nm）长短不等（150~数百μm)的细纤维束。第二十九页，共66页。胶原的分子结构第三十页，共66页。胶原的分子间和分子内交联第三十一页，共66页。第三十二页，共66页。胶原原纤维胶原纤维束原胶原分子胶原原纤维胶原纤维束赖氨酸残基横联共价结合第三十三页，共66页。AssemblyofcollagenfibersbeginsintheERandiscompletedoutsidethecellAbnormalitiesincollagenscancauseseriousdisorders.第三十四页，共66页。（二）胶原的类型I型:皮肤、肌腱、韧带、骨中II型：软骨III型:血管壁、疏松结缔组织中IV型：基底膜有25种不同的链，每种链由一种基因编码。每型胶原由3条相同或不同的链构成。第三十五页，共66页。（三）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：细胞外第三十六页，共66页。链基因细胞核hnRNAmRNA。粗面内质网-核糖体前体肽链内质网腔：切去信号肽前体链两端有前肽前链。内质网/高尔基体内：羟基化、糖基化、三股螺旋C端前肽以二硫键连接形成前胶原分子。细胞外基质：切去前肽原胶原分子自我装配胶原原纤维胶原纤维第三十七页，共66页。胶原的合成切去信号肽、N端和C端有前肽(前-链)。高尔基体羟基化、糖基化形成二硫键，以氢键连接形成三股螺旋的前胶原。前胶原合成后分泌进入细胞间隙中切去前肽，形成直径1.5nm、长300nm的原胶原分子前肽的功能：诱导装配，分泌前防止交联成胶原原纤维第三十八页，共66页。胶原的形成原胶原分子胶原原纤维胶原纤维第三十九页，共66页。第四十页，共66页。（四）胶原的功能皮下结缔组织中，胶原成柳条状有多向抗张性。肌腱中沿应力主轴平行成束排列，具韧性、抗张性。Ⅲ型胶原组成纤维网络，包围于骨骼肌和平滑肌细胞周围。Ⅳ型胶原构成各种上皮细胞基膜的网架结构。在成熟的骨骼、角膜和横膈肌腱中，形成有序的胶合板样结构。

胶原经细胞表面受体介导与细胞骨架相互作用。

第四十一页，共66页。（五）胶原的发生与疾病遗传性胶原病：胶原的表达或装配异常，如成骨发育不全综合症病理性纤维化：胶原表达过度，分配比例失调，如肝硬化免疫性胶原病：类风湿性关节炎、肾炎胶原纤维形成异常：坏血病

第四十二页，共66页。第四十三页，共66页。为什么几百年前，远航的船员大多会因为大出血而丧命？问题：第四十四页，共66页。弹性蛋白：非糖基化疏水纤维蛋白，富含甘氨酸、脯氨酸，很少羟化。肽链830个氨基酸，无Gly-X-Y重复序列。

呈无规则卷曲状态，相互交联形成细胞外基质中的弹性网络。具高度弹性及回缩力。维持皮肤弹性。二、弹性蛋白（elastin）（自学）第四十五页，共66页。弹性蛋白结构疏水性短肽交联短肽(富含Lys)弹性蛋白纤维伸长回缩构象：无规则卷曲状态相互交联弹性疏松网络第四十六页，共66页。弹性蛋白微原纤维壳（糖蛋白）弹性纤维第四十七页，共66页。第三节非胶原性黏合蛋白细胞外基质中一类多功能大分子。发现数十种。共同特点：既可以与细胞结合又可以与细胞外基质中其他大分子结合，使细胞与细胞外基质粘着，是细胞外基质的组织者。纤粘连蛋白层粘连蛋白主要包括：第四十八页，共66页。（一）纤粘连蛋白(fibronectin,FN)1.纤连蛋白：高分子量糖蛋白，含糖4.5%~9.5%。亚单位约2500个氨基酸，羧基末端二硫键形成二聚体，呈V字型。肝素细胞胶原纤维蛋白肌动蛋白血浆FN（二聚体）细胞FN（多聚体）第四十九页，共66页。RGD三肽序列Arg-Gly-Asp(精aa-甘aa-天冬aa)第五十页，共66页。第五十一页，共66页。RGD序列并非纤连蛋白特有单纯RGD三肽与整联蛋白的亲和性远远低于整个纤连蛋白分子，其他序列有协同作用。第五十二页，共66页。可溶性：肝细胞，血管内皮细胞二聚体不可溶性：间质细胞多聚体结构组装：细胞外受纤连蛋白受体指导和酶的参与才有二硫键交联，组装成纤维第五十三页，共66页。纤粘连蛋白的功能1.血浆纤粘连蛋白参与血凝、创伤愈合，增强吞噬细胞的功能。2.介导细胞与细胞外基质之间粘着。3.维持细胞形态，调控增殖，迁移，分化等。疾病：肾小球肾炎----肾小球基底膜上的纤连蛋白与免疫复合物结合沉积第五十四页，共66页。基底膜主要结构成分，高分子糖蛋白(820kD)。

α链β链γ链短臂球区细胞表面受体结合部位Ⅳ型胶原结合部位神经轴突表面受体结合部位硫酸肝素结合部位

(二)层粘连蛋白(laminin)α(重链)

β(轻链)γ(轻链)不对称十字形第五十五页，共66页。1.基底膜主要成分。2.RGD三肽序列黏附细胞。3.调节细胞粘附、迁移、增殖分化。糖尿病----肾小球基底膜层粘连蛋白含量降低

层粘连蛋白功能Basallaminea第五十六页，共66页。

膜整联蛋白(integrin)：

跨膜糖蛋白，外连细胞外基质或细胞，胞内连细胞骨架。配体：FN、LN、胶原等。结构：α亚基

β亚基第五十七页，共66页。细胞外基质胶原纤连蛋白层粘连蛋白蛋白聚糖第五十八页，共66页。基底膜---细胞外基质的特化结构ⅳ型胶原----400nm，C端球状头部之间非共价键；N端非球状尾部公家交联-----构成基底膜基本框架层粘连蛋白内联蛋白----协助各成分结合渗滤素----含量最丰富的蛋白聚糖之一第五十九页，共66页。第六十页，共66页。细胞外基质的功能功能：第六十一页，共66页。干细胞微环境包括多种组成成分信号分子:以自分泌或旁分泌的形式影响干细胞的增殖与分化。细胞黏附分子:确保干细胞定居于微环境中，并接受信号分子的调节。细胞外基质:对干细胞正常功能的维持提供了重要信号，并且可以直接