细胞课件 胞外基质

北京大学基础医学院细胞生物学系文锦华

第十九章细胞外基质及其与细胞的相互作用主要内容一、概述－－基本概念二、细胞外基质的分子组成

１．胶原２．非胶原糖蛋白３．弹性蛋白４．氨基聚糖与蛋白聚糖三、基膜

１．基膜的分布２．基膜的组成成分３．基膜的生物学功能４．人工基膜四、细胞与细胞外基质的相互作用

１．细胞外基质的生物学作用２．细胞外基质特异性受体及信号传导３．细胞对细胞外基质具有调控作用五、细胞外基质与疾病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细胞外基质。细胞外基质不仅对细胞具有支持作用，而且对细胞的黏附、迁移以及细胞内基因的表达等活动具有调节作用。细胞外基质还与许多病理过程有关，如创伤的修复、肿瘤转移、老年病、胶原病、心血管病、骨关节病及糖尿病等。第一节概述

细胞外基质(extracellularmatrix,ECM)的基本概念:在细胞外间隙中充满由多种不溶性大分子精密组装起来的错综复杂的网架，即细胞外基质；其组成成分主要包括：胶原、非胶原糖蛋白、弹性蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖；ECM结构示意图

细胞外基质的分布：细胞外基质存在于各种组织结缔组织及骨骼中ECM含量丰富，且变化多样骨、牙：钙化基质，坚硬如岩石肌腱、韧带：坚韧如绳索，适于承受张力角膜：透明层，软而透明脑、上皮和肌肉组织的ECM含量很少上皮组织和肌肉组织的ECM特化为基膜(basementmembrane，basallamina)(一)胶原collagen(二)非胶原糖蛋白

non-collagenousglycoprotein(三)弹性蛋白elastin(四)氨基聚糖与蛋白聚糖

glycosaminoglycan,GAG&

proteoglycan,PG第二节细胞外的基质的分子组成分布(Distribution)类型(Category)分子结构(Elementarystructure)胶原的生物合成过程(Biosynthesis)胶原的降解过程(Degradation)胶原的功能(Function)胶原与疾病的关系(一)胶原胶原（collagen）是细胞外基质中的骨架结构。其化学本质为糖蛋白，属于不溶性纤维形蛋白质。胶原是动物体内含量最丰富、分布最广泛的蛋白质，占人体蛋白质总量的30%以上，遍布于体内除了脑组织以外的各种器官和组织。不同的结缔组织其结构和功能的不同，主要是由于胶原含量、类型及排布方式不同所决定的产生的细胞：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1.胶原的分布(Distribution)2.类型(Category)

根据其编码基因和肽链组合的不同，胶原至少可以分为20种类型，主要有四种：I、II、III型胶原属于形成原纤维的胶原，分子长，为细胞间质的主要成分。I、II、III型胶原在组织中含量最丰富，以相似的结构形成细纤维束——原纤维，为结缔组织提供抗张强度。

IV型胶原不形成原纤维，而交联成三维网络，主要存在于各种基膜。按其结构特性大致可分为若干组：

基膜胶原：不形成原纤维，而交联成以Ⅳ型胶原为主的三维网络，主要存在于各种基膜

形成网络的胶原跨膜胶原及其他尚未详尽了解的胶原

每种类型胶原的结构特性均与其特定的功能相适应。同一组织常含有几种不同类型的胶原，但常以某一种为主。胶原常与ECM中的其他成分联系起来构成结构与功能的统一体。胶原的类型和及主要特性

类型分子组成特点组织分布1、形成长的原纤维并具有67nm间隔横纹的胶原

I[1(I)]2[2(I)]或[1(I)]3

300nm；67nm横纹的原纤维皮肤、肌腱、韧带、骨、牙、角膜、胎儿皮肤、其它间隙组织II[1(II)]3

300nm；67nm横纹的细小原纤维软骨、玻璃体、椎间盘髓核、脊索III[1(III)]3300nm；67nm横纹的原纤维胎儿皮肤、肌肉、血管、内脏。常与I型胶原共分布，主要存在于伸展性大的组织(如肺、子宫、心、肝等)。V[1(V)]3或[1(V)]2[2(V)][3(V)]390nm；N端为球形结构域胎儿组织、胎膜、皮肤、骨、胎盘、多数间隙组织及培养的细胞XI[1(XI)]2[2(XI)][3(XI)]300nm的细小原纤维软骨，周期性结合于II型胶原表面胶原的电镜照片A:I型胶原，具有横纹；B：IV胶原，无横纹AB胶原分子的基本结构是由三条多肽链紧绕而成的三股超螺旋结构，这3条肽链可以形成三股螺旋(triple-helix)结构；一般长300nm，直径1.5nm。每条肽链称为链；编码链的基因相同则形成同源三聚体，不同则形成异源三聚体。3.胶原的结构(structure)胶原蛋白的三维螺旋结构几种常见的胶原类型和分布类型分子组成三股螺旋的长度特点分布I[1(I)]2[2(I)]

或

[1(I)]3

300nm

67nm横纹较粗大的纤维束皮肤、肌腱、韧带、骨、牙、角膜、胎儿皮肤、其他间隙组织

II[1(II)]3

300nm67nm横纹较细的条状纤维束软骨(主要)、玻璃体、椎间盘髓核、脊索

III[1(III)]3

300nm67nm横纹较细的纤维束主要存在于伸展性大的组织(如肺、子宫、心、肝等)，常与I型胶原共分布，IV[1(IV)]2[2(IV)]390nm三维交联网络。C端球状，不形成纤维束所有各种基膜

原胶原是胶原纤维的基本结构单位链的一级结构特点：每隔两个aa残基即固定出现一个Gly(甘氨酸)残基，形成一种(Gly-X-Y)n的重复序列。X和Y可以为其他任何aa，但X常为Pro(脯氨酸)，Y常为Hyp(羟脯氨酸)。Pro的环状结构与Gly极小的侧链使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(与一般蛋白质的右手螺旋不同)。Pro和Hyp的存在使得胶原具有硬度和刚性。胶原链的一级结构特点示意图原纤维的形成原胶原分子呈1/4交替有序的排列，前后首尾相隔35nm的距离自我聚合，侧向共价交联形成明暗相间的、直径10～300nm、长150nm至数微米的、有周期性横纹胶原原纤维。侧向交联是由相邻的原胶原分子N端与C端的Pro或Hypro残基之间形成共价键而成的。胶原纤维的形成：原纤维平行排列成束，形成直径数微米的胶原纤维。其抗张力强度超过钢材。原纤维的明暗相间横纹的形成CollagenfibersasseenbySEM胶原纤维原纤维原胶原三股肽链其它胶原的结构有些类型的胶原一级结构中的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。例如Ⅳ型胶原具有间断三股螺旋并与原纤维相关的胶原(FACIT)：只结合在原纤维表面上，包括IX、XII和XIV型胶原。参与调节和控制原纤维的形状，使之适应各种不同组织的功能需要。4.胶原的生物合成过程(Biosynthesis)迄今为止，已发现20多种不同的多肽链，不同的多肽链由不同的结构基因编码；它们均具有相似的结构；编码多肽链的基因一般为30～40kb，分别由50个左右的外显子(exon)和内含子(intron)组成，多数外显子含54bp，编码6个重复的Gly-X-Y序列的原始单位，其它外显子编码2个或3个这样的原始单位。胶原生成的全过程包括细胞内与细胞外两个阶段细胞内阶段细胞外阶段胶原生成的细胞内阶段主要包括转录、翻译、前链的修饰及修饰后的聚合。翻译是在RER进行，合成带有信号肽的早前胶原(preprocollagen)

早前胶原在RER腔中被切去信号肽而成为前链(pro-chain)，前链两端不含有Gly-X-Y序列，而具有较多的酸性aa和芳香族aa残基，被称为N端前肽和C端前肽。N端前肽C端前肽重复的Gly-X-Y序列前链然后在ER和高尔基体中进行修饰，即对前链进行羟化和糖基化修饰。首先进行Pro及Lys残基的羟化，分别生成Hypro和Hylys残基。羟化的aa残基有助于形成链间氢键，以稳定三股螺旋结构。维生素C是脯氨酰羟化酶的辅助因子,缺乏维生素C则前胶原的羟化不足，因而不能形成稳定的三股螺旋结构，随之在细胞内被降解，故膳食中缺乏维生素C可导致血管、肌腱、皮肤变脆，易出血，称为坏血病。糖基化修饰包括前肽部分的N糖基化及三股螺旋部分的O糖基化两种类型。前者发生在Asn（天冬酰胺）残基，后者发生在Hylys残基。N端前肽C端前肽OHOHOHOH三条前链的C端前肽借二硫键形成链间交联，从而使三条链“对齐”排列，这样从C端向N端聚合形成三股螺旋结构，前肽部分则保持非螺旋卷曲。带前肽的三股螺旋胶原分子称为前胶原(procollagen)。前胶原是原胶原的前体和分泌形式，是以囊泡的形式分泌到细胞外。“对齐”排列对于三股螺旋的形成至关重要，胶原变性后之所以不能自然复性形成三股螺旋结构即因其缺乏C端前肽引导的“对齐”排列。N-前肽和C-前肽的作用：增强水溶性，便于运输，使前胶原从细胞内运至细胞外；对ECM的生成具有反馈调节作用，与炎症后的组织修复，创伤后的组织愈合有关。三条前链沿CN方向盘绕形成三股螺旋N-前肽和C-前肽的作用增强水溶性，便于运输，使前胶原从细胞内运至细胞外；对ECM的生成具有反馈调节作用与炎症后的组织修复，创伤后的组织愈合有关。带有前肽的三股螺旋胶原分子称为前胶原(procollagen)。前胶原是原胶原的前体和分泌形式，是以囊泡的形式分泌到细胞外。胶原生成的细胞外阶段前胶原分子在细胞外由两种特异性不同的蛋白水解酶分别切去N端前肽及C端前肽，形成不溶性的原胶原。胞内(水溶性)胞外(水不溶)前胶原氨肽酶前胶原羧肽酶原胶原分子在细胞外进一步形成多聚体。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅺ型前胶原的两个球区均被水解，其原胶原分子呈有序的阶梯式平行排列，并发生侧向共价交联而聚合成胶原原纤维。原纤维原纤维在电镜下可见相隔67nm的横纹。

胶原原纤维共价交联后成为具有很强抗张强度的不溶性的巨大胶原纤维

胶原纤维随年龄的增长交联键日益增多，胶原纤维亦越紧密，从而导致皮肤、血管及各种组织变得僵硬，成为老化的一个重要方面。胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的交联而易从组织中抽提。胶原合成的过程胶原的分子结构及生物合成过程示意图

S-S为二硫键●为半乳糖基◆为葡萄糖基Ⅰ基因Ⅱ前体RNAⅢmRNAⅣ前链Ⅴ前胶原Ⅵ原胶原Ⅶ胶原纤维细胞外加工转录剪接翻译N端前肽C端前肽重复Gly-X-Y序列组装有些类型胶原的三股螺旋结构不连续，由一些非胶原序列插入。某些类型胶原的C端或N端前肽被全部或部分保留，因而通常不聚合成束，而形成各式网状结构。不同类型胶原分子在结构上的区别主要不在于三股螺旋结构本身，而是由插入于三股螺旋结构之间的肽段的结构特点所决定的。

Ⅳ型胶原分子形成的网状结构示意图

7SCCCCCNCNN1个Ⅳ型胶原分子4个Ⅳ型胶原分子N端的共价交联

2个Ⅳ型胶原分子C端的非共价聚合NC7SCNN7S胶原的降解速率比一般蛋白质慢骨胶原分子可维持10年不发生降解，肌腱胶原的转换最慢但在某些特殊生理、病理情况下，胶原的转换加快。参与胶原分解的酶类主要有：胶原酶，主要作用于I、Ⅱ、Ⅲ型胶原；明胶酶，作用于Ⅳ、V、Ⅶ、Ⅺ型胶原；肿瘤细胞能产生明胶酶，特异性地作用于Ⅳ型胶原，破坏基膜，为侵袭、转移开辟道路。基质裂解素，作用于Ⅲ、IV、Ⅸ、X型胶原。5.胶原的降解过程(Degradation)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。胶原酶通常无活性，经蛋白酶(纤溶酶和血管舒缓素)作用后转变为有活性的胶原酶前胶原水解下来的前肽又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，从而在一些生理和病理过程中发挥重要作用。

胶原的降解产物往往具有一定的生物学活性。例如：基膜胶原的蛋白酶降解产物均对血管新生有显著的抑制活性。Endostatin便是其中的一种，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。因而具有抗肿瘤的作用，并已进行临床的实验研究。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，不同器官、组织中胶原的含量、类型、排布方式不同，这些差别与器官、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。胶原对细胞形态的影响各种细胞可在体内或体外、直接或间接分别与不同类型的胶原作用，使细胞保持一定的形态。胶原影响细胞的增殖和分化6.胶原的生物学功能（Function)胶原基因的突变往往引起胶原的异常影响I型胶原的突变可引起骨生成缺陷，其特征为骨脆弱，易骨折；影响Ⅱ型胶原的突变引起软骨发育异常，其特征为软骨异常，导致骨、关节畸形；影响Ⅲ型胶原的突变引起Ehlers-Danlos综合征，其特征为皮肤、血管脆弱，关节活动度过大。

Ehlers-Danlos综合征(EDS)是一组遗传病,发生率约l/5000,主要累及人体结缔组织。其共同的临床特征是:皮肤脆弱、易损伤,皮肤延展性过度和关节活动过度。该病由于遗传缺陷所致的结缔组织中胶原代谢障碍引起．7.胶原与疾病的关系胶原产生过度会导致肝硬化、肺硬化等胶原与老化有关随年龄的增长胶原的交联键日益增多，胶原纤维亦越紧密，从而导致皮肤、血管及各种组织变得僵硬，是产生老化的一个重要方面。细胞外基质中的非胶原糖蛋白（non-collagenousglycoprotein）都是由多个结构域构成的多功能的大分子。既可与细胞相结合，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。不但是必要的结构成分，而且也是实现细胞外基质生物学作用的重要成分。这类蛋白有数十种，研究较多的是：纤粘连蛋白(Fibronectin,FN)层粘连蛋白(Laminin,LN)(二)非胶原糖蛋白1.

纤粘连蛋白(Fibronectin,FN)（１）分布（Distribution)可溶性纤粘连蛋白为二聚体，存在于血浆及其它体液中，总称为血浆FN。细胞表面纤粘连蛋白为附着在细胞表面的不溶性寡聚体。基质纤粘连蛋白为高度难溶的纤维形多聚体，存在于细胞外基质中，包括细胞间质及某些基膜中。FN是由两个相似的亚单位(230kDa)通过近羧基端的两个二硫键交联而成的“V”字形二聚体分子。不同组织来源的FN亚单位结构不尽相同，但很相似，其肽链的共同特点是由一些重复的aa序列构成若干球形结构域，每个球形结构域可分别与不同的大分子或细胞表面特异受体结合，因此FN为多功能分子。(2)分子结构(MolecularStructure)铂标记的FN的旋转投影电镜图FN的结构模式图RGD(精氨酸一甘氨酸一天门冬氨酸)是FN与细胞表面受体整合素相互作用的关键结构。(3)存在形式血浆FN为可溶性二聚体，“V”字形，分布于血浆及体液中；主要由肝实质细胞分泌，少量来自于血管内皮细胞；具有促进凝血、伤口愈合和细胞吞噬等功能。细胞表面FN：为不溶性的寡聚体，主要由间质细胞分泌。分布于ECM中，能与细胞表面特异受体结合发挥作用。细胞表面FN对细胞骨架(微丝)的组装具有组织作用，因此，FN又被称为细胞外骨架。

基质纤粘连蛋白：为高度不溶性纤维形多聚体，常分布于ECM中或沉积在细胞表面，是构建间充质的主要FN。亦由间质细胞分泌。4.主要功能促进细胞黏附

FN介导细胞和ECM黏附。通过黏附，FN介导信号转导途径，并调节细胞的形状和细胞骨架的组装，促进细胞铺展。促进细胞的迁移和分化在胚胎发生过程中，FN对许多类型细胞的迁移和分化是必需的；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。

层粘连蛋白（laminin，LN）是存在于各种基膜中的主要功能成分，是胚胎发育中最早出现的细胞外基质成分。在成体，它存在于上皮下和内皮下紧靠细胞基底，还存在于肌细胞、脂肪细胞和神经髓鞘的周围；

LN亦存在于胚胎细胞及某些癌细胞间。(1)分布2.层粘连蛋白(Laminin,LN)(2)分子结构结构独特，是由、、三条不同的多肽链组成的异三聚体结构(trimericstructure)空间结构呈“十字架”形，有三条短臂和一条长臂三条短臂分别由链、及的N末端肽链形成长臂为三条多肽链C末端区相互缠绕在一起，借链间二硫键构成三链超螺旋结构LN形成多功能的结构域具有与Ⅳ型胶原、nidogin或entactin(粘结蛋白)、perlecan(硫酸乙酰肝素)、肝素等结合部位。铂标记的LN的旋转投影电镜图LN是一种高度异型性分子，由、、组成的三聚体不下50种。现已确定的有11种LN分子，分别由10种亚单位(1、2、3、4、5、1、2、3、1、2)中之3种以不同的组合而构成。与FN不同，这10种亚单位分别由10个结构基因编码。LN是含糖量很高的糖蛋白，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。在整合素受体分子中存在着多个LN的结合位点，决定着整合素与LN相互作用的特异性。(3)功能LN参与基膜基本框架的构建：LN参与细胞的黏附、生长和迁移LN可与上皮细胞、内皮细胞、神经细胞、肌细胞及多种肿瘤细胞相结合，使细胞黏附在基膜上、铺展而保持一定的形态。细胞只有黏着于适当的基质上才能合成蛋白质和RNA，只有在铺展状态下才能复制DNA、进行增殖。LN的一些特殊序列的肽段对细胞迁移具有促进作用。

1234细胞铺展的过程LN与细胞分化在体外培养条件下，LN具有促进和维持各种上皮细胞的分化状态；LN与肿瘤细胞的生长和转移LN具有促进肿瘤细胞生长和转移的功能。LN能促进肿瘤细胞的黏附；LN能诱导Ⅳ型胶原酶的活性，为肿瘤细胞穿透基膜，进行侵袭创造条件。LN与免疫LN能调节免疫系统的功能，因为许多免疫细胞膜上有LN受体。在巨噬细胞、单核细胞、多形核白细胞及NK细胞表面，存在着FN的结合部位和LN受体，因而可以作为吞噬细胞与被吞噬“颗粒”识别与结合的媒介，介导吞噬细胞的内吞作用。弹性蛋白（elastin）是生物进化到脊椎动物时才出现的，存在于伸展性大的组织中，例如，疏松结缔组织、皮下、肺、脉管壁、子宫及胎盘等处。(三)弹性蛋白(elastin)（1）分布是由830个氨基酸残基组成的蛋白质，富含Ala和Lys，很少羟化，是一种高度疏水性蛋白质。由于它不含Gly-X-Y重复序列，故呈无规则卷曲结构，借Lys间交联键形成网状结构。（2）分子结构弹性蛋白分子交联成的网络示意图stretchrelaxcross-linksingleelastinmolecule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)弹性蛋白的存在大大增加了组织的伸展性和弹性。弹性蛋白还促进细胞的黏附，同时也是一种具有趋化作用的多肽分子。

（3）功能1.氨基聚糖GAG(1)氨基聚糖的概念由重复的二糖单位[氨基糖-糖醛酸]n构成的直链多糖。二糖单位一般由氨基己糖(N-酰氨基葡萄糖或N-酰氨基半乳糖)和糖醛酸组成，故又称为氨基聚糖或糖胺聚糖。(2)氨基聚糖的类型根据二糖单位的组成、结构及糖-肽连接方式的不同，将氨基聚糖分为六大类。(四)氨基聚糖与蛋白聚糖氨基聚糖的分子特性及组织分布氨基聚糖重复二糖单位每二糖单位所含硫酸基

组织分布透明质酸(HA)Hyaluronicacid葡萄糖醛酸-N乙酰氨基葡萄糖0结缔组织、皮肤、软骨、滑液、玻璃体硫酸软骨素(CS)Chondroitinsulfate葡萄糖醛酸-N乙酰氨基半乳糖0.2-2.3软骨、角膜、骨、皮肤、动脉硫酸皮肤素(DS)Dermatansulfate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、血管、心、心瓣膜硫酸乙酰肝素(HS)Heparansulfate葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸-N乙酰氨基葡萄糖0.2-3.0肺、动脉、细胞表面肝素Heparin葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸-N乙酰氨基葡萄糖2.0-3.0肺、肝、皮肤、肥大细胞

硫酸角质素(KS)Keratansulfate半乳糖-N乙酰氨基葡萄糖

0.9-1.8软骨、角膜、椎间盘

蛋白聚糖是由氨基聚糖与蛋白质的丝氨酸残基共价结合形成的共价结合物，其含糖量达90％～95％。构成蛋白聚糖的蛋白质称为核心蛋白(coreprotein)为单链多肽。若干蛋白聚糖单体借连接蛋白质与透明质酸非共价聚合成蛋白聚糖多聚体。蛋白聚糖多聚体是动物体内分子量最巨大的成分。

2.蛋白聚糖(PG)图19-9软骨中的蛋白聚糖分子结构左：蛋白聚糖的电镜照片 右：蛋白聚糖的模式图透明质酸蛋白聚糖单体蛋白聚糖多聚体1μm核心蛋白质连接蛋白质硫酸软骨素硫酸角质素透明质酸（放大）300nm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下均解离，故带大量负电荷，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。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。3.生物学特性4.生物学功能(1)蛋白聚糖的结合功能：蛋白聚糖分子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。（2）氨基聚糖和蛋白聚糖具有缓冲和抗压缩作用：氨基聚糖和蛋白聚糖可以缓冲机械力，减轻冲撞造成的损伤，因为在外界压力作用下体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，压力去除后则反弹，在弹性蛋白的协同作用下可恢复组织原有的体积。(3)氨基聚糖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合成旺盛、含量高，一旦细胞增殖到足够的数量或细胞迁移到位，便由透明质酸酶将其破坏。有的蛋白聚糖分子也含有EGF样结构，具有诱导细胞生长的作用。(4)氨基聚糖和蛋白聚糖与机体的老化透明质酸和硫酸软骨素具有很好的保水性皮肤中的硫酸乙酰肝素和硫酸软骨素随着年龄的增长逐渐减少，它们的一部分逐渐被硫酸皮肤素取代关节软骨中蛋白聚糖的量亦随年龄的增长而逐渐减少，同时硫酸软骨素逐渐被硫酸角质素取代。蛋白聚糖中糖链所占比重下降，导致组织的保水能力及弹性减弱。

(5)氨基聚糖与骨的钙化氨基聚糖的负电荷可结合Ca2+，这对组织的钙化，尤其是骨盐的沉积有重要作用。(6)氨基聚糖的抗凝血和降血脂作用肝素可与某些凝血因子结合而具有抗凝血作用，硫酸乙酰肝素也有轻微的抗凝血作用。血液中的肝素还可以与毛细血管壁上的脂蛋白脂肪酶结合，而将其拽入血液循环，脂蛋白脂肪酶可水解三酰甘油，降低血脂。生物合成特点：肽链的合成：核心蛋白质肽链的合成在粗面内质网，为蛋白聚糖生成的限速步骤。肽链的糖基化(糖链的合成)：主要在高尔基复合体中。降解特点：可在一系列细胞外酶或溶酶体中细胞内酶的催化下进行。4.蛋白聚糖生物合成与降解特点基膜的分布基膜的组成成分基膜的生物学功能人工基膜(Matrigel)第三节、基膜

(basementmembranes,BM)基膜(BM或basallamina,BL)：是特化的ECM分布：是各种上皮细胞及内皮细胞坐落的铺垫，也包绕在肌细胞、神经鞘细胞(Schwanncell)及脂肪细胞周围，将细胞与结缔组织隔离。肾小球处，具有选择性滤过作用，阻挡循环血中细胞及蛋白的通透。1.基膜的分布基膜的分布情况示意图鸡胚角膜基膜的扫描电镜图E：上皮细胞BL：基膜C：胶原BLEC主要由Ⅳ型胶原、LN、nidogen/entactin(粘结蛋白)及硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(perlecan)构成。大多数基膜不含FN，但是脉管内皮下、胚胎组织中、创伤组织中的基膜含有FN。IV胶原是构成基膜的主要框架结构

2.基膜的组成成分基膜结构模式图对细胞及分子的通透具有高度选择性。决定上皮细胞和内皮细胞的形状与极性，作为细胞粘着、铺展和迁移的依托。调节细胞的增殖，分化与迁移。参与创伤修复3.基膜的生物学功能4.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内情况的基膜成分。1.细胞生长分化2.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Matrigel可用于以下实验研究3.肿瘤侵袭实验4.体内外血管新生研究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血管形成所需的基底膜第四节、细胞与细胞外基质的相互作用细胞外基质的生物学作用细胞表面的细胞外基质特异性受体及信号传导细胞对细胞外基质具有调控作用1.细胞外基质多样的生物学作用维持组织结构的整合性影响细胞的形态与极性影响细胞的存活与死亡调节细胞的增殖控制细胞的分化影响细胞的迁移(1)影响细胞的存活与死亡上皮细胞及内皮细胞一旦脱离了ECM则会发生凋亡，此现象称为失巢凋亡现象。正常真核细胞除成熟血细胞外，大多需粘附于一定的ECM上才能抑制凋亡而存活。不同的细胞依赖于不同的受体和不同的ECM而存活。(2)决定细胞的形状各种细胞脱离了ECM呈单个游离状态时皆为球形。上皮细胞仅在粘附于基膜时才能显现出其极性，通过细胞间连接的建立而形成柱状上皮细胞。ECM决定细胞形状的作用是通过其受体影响细胞骨架的组装而实现的，并与其生命活动(增殖、分化、迁移等)相关。(3)调节细胞的增殖

大多数正常真核细胞在球形状态下不能增殖，只有在一定的ECM上粘附并铺展才能使细胞周期运行，这种现象称为定着依赖性生长(anchoragedependentgrowth)细胞只有粘附与铺展在一定的ECM上才能接受生长因子或细胞因子的刺激，从G1期进入S期；在非粘附与铺展状态下，即使存在有效浓度的生长因子细胞周期仍然不能运行。细胞增殖对ECM的需要是有一定的选择的

例如，成纤维细胞在FN上增殖加快，在LN上增殖减慢，而上皮细胞对FN及LN的增殖反应则相反。(4)控制细胞的分化

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。例如，成肌细胞在FN基质上增殖并保持未分化的表型；而在LN基质上则停止增殖，进行分化，融合为肌管。FN对于成红细胞则不刺激增殖，而促进分化。

(5)影响细胞的迁移ECM可以控制细胞迁移的速度与方向，并为细胞迁移提供“脚手架”。例如，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。细胞的趋化性迁移依赖于ECM，这在胚胎发育及创伤愈合中具有重要意义。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。细胞粘附于一定的ECM时诱导粘着斑的形成，粘着斑是联系ECM与细胞骨架的“桥梁”结构。

细胞表面存在的各种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。ECM成分受体的一个共同特点是一种基质蛋白质具有数种受体；同一受体在不同的细胞或不同的条件下又往往以不同的ECM成分为配体。这就形成了ECM成分与其受体作用的多样性与复杂性。ECM受体可分为两大类：整合素族(integrins)和非整合素族(non-integrins)。整合素是动物细胞与ECM结合的主要受体。2.ECM与信号转导途径整合素(integrins)是一大类细胞粘附分子，作用依赖于Ca2+，为和亚单位构成的异二聚体迄今已发现16种亚单位和9种亚单位，它们按不同的组合构成20余种整合素。含1亚单位的各种整合素是多种ECM成分的受体。很多整合素可识别配体上的RGD(Arg-Gly-Asp)三肽序列。Integrin整合素介导的信号传导具有双向作用：胞内信号外传(inside-outsignaling)胞外信号内传(outside-insignaling)胞内信号外传(inside-outsignaling)

当存在于质膜中的整合素的辅助蛋白与细胞因子、生长因子、凝集素等信号分子结合后，可引起胞内的信号级联反应，从而启动细胞内信号外传。整合素通过这种方式来调节其受体与其配体结合的活性。例如生长因子受体的活化导致Ras途径的活化，从而活化某些胞内信号，引起整合素的胞质结构域发生构象改变，并传导至其胞外结构域引发构象改变，遂与配体结合，细胞粘附于ECM。胞外信号内传(outside-insignaling)

胞外信号内传(outsideinsignaling)：细胞在ECM上粘附后可通过激活相应的ECM受体将信号传入细胞内，从而启动细胞内的信号传导。当细胞粘附于ECM时，活化的整合素分子继而与其配体(ECM成分)结合并聚集成簇，启动粘着斑(focaladhesion)的组装。粘着斑包括整合素Talin(踝蛋白)纽蛋白(vinculin)-辅肌动蛋白(-actinin)Tensin(张力蛋白)粘着斑激酶(focaladhesionkinase,FAK)等。粘着斑FAK在粘着斑的组装中发挥中心作用。

它是一种与粘附作用相偶联的非受体蛋白激酶，与整合素的胞质部分直接相连。

FAK具有酪氨酸激酶结构域

当粘着斑形成后，FAK首先发生自身磷酸化而转变为活化状态，然后进一步催化胞内各种信息分子的磷酸化，继而导致MAPK的活化。MAPK可将激活信息从细胞质传到细胞核内，从而影响细胞核内一定基因的表达。FAK信号通路信息传递顺序：ECMmoleculesIntegrinSrcFAKGrb2SOSRasMAPKKKMAPKKMAPK

转录因子活化基因转录。粘着斑还与细胞骨架微丝体系紧密相连、相互制约FAK对粘着斑的组装与去组装具有调节作用

当分离培养FAK基因缺陷小鼠的成纤维细胞时，发现这些细胞形成更多的粘着斑，细胞形态的铺展及细胞的迁移都受到抑制。FAK可能促进粘着斑的解聚。

一方面细胞的粘附是细胞运动所依赖的，另一方面，粘着斑一定程度的解聚对细胞的运动有促进作用。存在多种调节机制。整合素介导的这条信号通路与生长因子受体信号通过FAK-Ras相连，即Ras是这两条通路的一个交汇点。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。信号通路的这种“cross-talk”解释了大多数正常细胞的粘附依赖性生长特性。3.细胞对细胞外基质具有调控作用各种ECM成分