细胞生物学第十一章细胞外基质及其细胞的相互作用 提纲

第十一章细胞外基质及其与细胞的相互作用细胞外基质extracellularmatrix,ECM：是细胞分泌到细胞外空间的分泌蛋白和多糖构成的精密有序的网状结构第一节细胞外基质的主要组成成分糖胺聚糖与蛋白聚糖；胶原和弹性蛋白非胶原性黏合蛋白：纤连蛋白和层粘连蛋白从结构表现形式上，细胞外基质凝胶样基质糖胺聚糖、蛋白聚糖构成纤维网架胶原、弹性蛋白（结构作用）纤连蛋白、层粘连蛋白（黏着作用）细胞外基质含量因组织种类而不同细胞外基质的组分、组装形式由产生的细胞决定，并与组织细胞的特殊功能需要相适应；细胞外基质不仅支持、连接、保水、保护，对细胞行为产生全方位的影响一糖胺聚糖与蛋白聚糖高分子量的含糖化合物，构成细胞外高度亲水的凝胶，赋予组织良好的弹性和抗压性（一）糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的直链多糖过去称“黏多糖”mucopolysaccharide二糖单位之一：氨基己糖（N-乙酰氨基葡萄糖/N-乙酰氨基半乳糖）另一个二糖单位：糖醛酸（葡萄糖醛酸/艾杜糖醛酸）因糖残基上有羧基，故氨基聚糖呈强负电性据糖残基的性质、连接方式、硫酸化数量和存在的部位，可分为六种：①透明质酸hyaluronicacid,HA②硫酸软骨素chondroitinsulfate,CS③硫酸皮肤素dermatansulfate,DS④硫酸乙酰肝素heparansulfate,HS⑤肝素heparin⑥硫酸角质素keratansulfate,KS透明质酸是糖胺聚糖中结构最简单的一种，其二糖单位是N-乙酰氨基葡萄糖和葡萄糖醛酸，不发生硫酸化其表面有大量亲水基团，可结合大量水分子，形成凝胶，赋予组织良好的弹性和抗压性可被透明质酸酶降解（二）蛋白聚糖是由糖胺聚糖和核心蛋白共价结合形成的高分子量复合物1蛋白聚糖的分子结构蛋白聚糖proteoglycan,PG是由氨基聚糖（透明质酸除外）与核心蛋白共价形成的高分子复合物若干个蛋白聚糖单体通过连接蛋白linkerprotein，以非共价键与透明质酸结合，形成蛋白聚糖多聚体2蛋白聚糖合成与装配核心蛋白肽链在粗面内质网核糖体上合成，在高尔基复合体中装配多糖侧链糖基转移酶作用下，一个个糖基依次加上，形成糖胺聚糖糖链蛋白聚糖的显著特点——多态性：每种蛋白聚糖都有特有的结构，功能由各自核心蛋白和糖胺聚糖所决定。（三）糖胺聚糖与蛋白聚糖的功能糖胺聚糖与蛋白聚糖普遍存在于动物各种组织中，结缔组织含量最高5 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.角膜中蛋白聚糖具有透光性4.糖胺聚糖有抗凝血作用选择5.细胞表面的蛋白聚糖有传递信息作用6.糖胺聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关（四）糖胺聚糖和蛋白聚糖与疾病基因突变引起的缺乏降解糖胺聚糖的酶(如糖苷酶、硫酸酯酶)，将导致糖胺聚糖、蛋白聚糖、或降解中间产物的体内堆积，形成黏多糖累积病如Hunter综合症动脉粥样硬化患者的血管内皮细胞表面硫酸乙酰肝素、硫酸软骨素含量下降，硫酸皮肤素蛋白聚糖含量升高，容易与低密度脂蛋白结合，导致脂类的血管壁沉积糖胺聚糖变化、蛋白聚糖异常表达，对肿瘤的发生、发展、转移有重要意义；一些肿瘤的透明质酸、硫酸软骨素增多，抑制细胞分化，有利于细胞迁移、增殖。二胶原与弹性蛋白（一）胶原是细胞外基质中的骨架结构胶原collagen是动物体内高度特化的纤维蛋白家族，是人体内含量最丰富的蛋白质，占蛋白总量的25%~30%胶原遍布于各种器官和组织，在结缔组织中含量最丰富，是细胞外基质的框架结构胶原由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、某些上皮细胞合成并分泌到细胞外1胶原的分子结构三股螺旋(triplehelix)结构，3条α多肽链盘绕而成，称为原胶原α肽链中的氨基酸组成规律的三肽重复序列Gly-X-Y（Gly甘氨酸），X多为Pro(脯氨酸)2胶原的类型α链是原胶原的基本亚单位不同的α链以不同方式组合成不同类型的胶原每型胶原由3条相同或不同的α链构成，如I型胶原是异源三聚体，II型胶原是同源三聚体，III型胶原是同源三聚体，常与I型共分布IV型胶原异源三聚体3胶原的合成装配与降解（下有合成概念简图）胶原的合成与组装始于内质网，在高尔基体中进行修饰，最后在细胞外组装成胶原纤维（1）胶原在细胞内的合成核糖体上合成前α链，不仅含有内质网信号肽，在N端和C端含有一段不含Gly-X-Y序列的前肽，从C端向N端聚合成三股螺旋结构（前胶原）。前胶原进入高尔基复合体，经过进一步糖基化修饰，分泌到细胞外。（2）胶原在细胞外的装配前胶原分子一旦暴露于细胞外，就被前肽酶切去N端、C端的前肽序列，形成原胶原分子。原胶原分子在细胞外基质中相互呈阶梯式有序排列并发生侧向交联，相邻分子相错1/4长度，聚合形成明暗相间的胶原原纤维。然后聚合成胶原纤维。（3）胶原的降解5 胶原分子可被胶原酶（collagenase）降解4胶原的功能（1）胶原在不同组织中行使不同功能（2）胶原与细胞的增殖和分化有关：刺激上皮细胞增殖、诱导细胞分化（3）哺乳动物在发育的不同阶段表达不同类型的胶原胎儿皮肤表达大量Ⅲ型胶原，渐被I型胶原取代；皮肤损伤，Ⅲ型胶原含量上升5胶原与疾病胶原病collagendisease（1）维生素C缺乏导致坏血病α链的羟基化和糖基化，此过程需要辅助因子Vc（2）遗传性胶原病成骨发育不全综合症，是I型胶原合成障碍爱唐综合征（3）免疫性胶原病类风湿性关节炎、慢性肾炎（二）弹性蛋白是构成细胞外基质中弹性纤维网络的主要成分弹性蛋白是弹性纤维的主要成分，是高度疏水的非糖基化纤维蛋白。肽链不含Gly-x-y三肽重复序列，不形成三股螺旋，而呈无规则的卷曲肽链主要由两类短肽交替排列：①疏水性短肽，赋与分子弹性；②a螺旋短肽，富含丙氨酸、赖氨酸，在相邻分子间形成交联弹性蛋白以可溶性弹性蛋白原tropoelastin的形式，分泌到细胞外，并通过赖氨酸残基之间相互交联装配形成弹性纤维网弹性蛋白的降解主要由弹性蛋白酶elastase催化弹性纤维elasticfiber并非单纯由弹性蛋白构成，弹性蛋白表面包饶一层糖蛋白组成的弹性蛋白是动脉中含量最高的细胞外基质蛋白三细胞外基质中的非胶原糖蛋白5 纤连蛋白层粘连蛋白（一）纤连蛋白广泛存在于动物组织中纤连蛋白fibronectin,FN最早发现的非胶原糖蛋白，广泛存在于人和动物组织中，是一类含糖的高分子量非胶原糖蛋白。①血浆纤连蛋白可溶性纤连蛋白，存在于血浆、各种体液，由肝实质细胞分泌产生②细胞纤连蛋白不溶性纤连蛋白，存在于细胞外基质(包括基底膜)、细胞表面，由间质细胞分泌产生1.纤连蛋白的分子结构血浆纤连蛋白由两条相似的肽链形成二聚体，细胞纤连蛋白为二聚体交联形成的多聚体不同结构域含不同大分子结合位点，与不同大分子或细胞表面受体结合，是多功能分子：胶原、肝素、纤维蛋白、血小板反应蛋白、凝血因子、多胺、DNA等三肽序列Arg-Gly-Asp(RGD)，是细胞表面各种FN受体识别并结合最小单位（RGD—精氨酸甘氨酸天冬氨酸序列不是独有）纤连蛋白的细胞表面受体是整联蛋白家族成员2纤连蛋白的功能（一）介导细胞与细胞外基质间的黏着（1）导细胞与细胞外基质间的黏着通过黏着斑（2）纤连蛋白与细胞的迁移细胞的迁移依赖于细胞的黏附、去黏附，细胞骨架的组装、去组装（3）纤连蛋白在组织创伤修复中的作用3纤连蛋白与疾病肝坏死、重度肝炎、肝硬化、肝癌肾小球肾炎（二）层粘连蛋白是基膜的主要成分层粘连蛋白laminin,LN是胚胎发育过程中出现最早的细胞外基质成分，也是基底膜主要结构组分之一1层粘连细胞分子结构一种高分子量糖蛋白由α、β、γ三条不同肽链组成的异三聚体层粘连蛋白至少有8个与细胞结合的位点，可与上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞、神经元、神经鞘细胞、肿瘤细胞等结合层粘连蛋白由附着在基底膜上的上皮细胞、内皮细胞，基底膜包绕的肌细胞分泌产生目前发现十五种2层粘连蛋白的功能层粘连蛋白是基底膜的主要成分，构建组装基底膜的基本框架在早期胚胎发育中有重要意义：保持细胞间黏附、细胞极性、细胞分化层粘连蛋白有助于神经元体外存活，在缺乏神经生长因子时，促进中枢、外周神经元轴突生长3层粘连蛋白与疾病糖尿病有广泛的基底膜改变一些疾病与层粘连蛋白自身免疫反应有关5 第二节细胞外基质的特化结构-------基膜基膜basallamina/基底膜basementmembrane是细胞外基质的特化结构形式，是一种柔软、坚韧的网膜结构在各种上皮及内皮组织，基膜位于细胞基底部，是细胞基部的支撑垫一基膜的组成成分绝大多数细胞外基质组分是由坐落在基膜上的上皮细胞和下方的结缔组织细胞合成并分泌IV型胶原、层粘连蛋白内联蛋白渗滤素1.IV型胶原IV型胶原分子通过C端球状头部之间的非共价键，以及N端尾部的共价交联，形成基底膜基本框架的二维网络结构2.层粘连蛋白是基膜的主要蛋白质成分，通过巢蛋白，与IV型胶原网络相接连3.巢蛋白entactin/nidogen哑铃形蛋白，是连接层粘连蛋白与IV型胶原网络的桥梁，也协助其他细胞外基质成分结合基底膜，促进基底膜组装4.渗滤素渗滤素perlecan是基底膜中最丰富的蛋白聚糖，包含一个巨大的多结构域的核心蛋白(400kD)，可结合胶原、层粘连蛋白，共同构成基底膜网络结构肾小球基底膜中的渗滤素，对原尿生成有筛滤作用第三节细胞外基质与细胞间的相互作用一细胞外基质对细胞生物学行为的影响了解（一）细胞外基质影响细胞的形态结构（二）细胞外基质影响细胞的生存与死亡（三）细胞外基质调节细胞的增殖（四）细胞外基质参与细胞的分化调控（五）细胞外基质影响细胞的迁移二细胞对细胞外基质的影响（一）细胞外基质是由其所在组织细胞分泌的（二）细胞外基质成分的降解是在细胞的控制下进行的5