1、細胞外基質醫學知識講座細胞外基質醫學知識講座第二節 細胞外 基質ExtraCellular Matrix, ECM2細胞外基質醫學知識講座第二節 細胞外 基質ExtraCellular Matri結締組織中的成纖維細胞3細胞外基質醫學知識講座結締組織中的成纖維細胞3細胞外基質醫學知識講座 ECM(extracellular matrix)是細胞外大分子構成的網絡。 可分為三類： 氨基聚糖與蛋白聚糖-凝膠樣基質； 膠原和彈性蛋白等-纖維網架, 結構蛋白； 非膠原性黏合蛋白，包括纖連蛋白和 層粘連蛋白-粘附成分 ECM的主要組成成分4細胞外基質醫學知識講座 ECM(extracellular ma

2、trix)是細胞ECM 功 能1、物理學功能： 支持、連接、保護、保水、抗壓、營養作用。2、生物學作用： ECM對細胞功能的影響作用：形態、增殖、分化、粘著、遷移等。 細胞對ECM的決定性作用：產生、分子組裝、分布、降解。5細胞外基質醫學知識講座ECM 功 能1、物理學功能：5細胞外基質醫學知識講座一、 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)：糖蛋白構成親水性凝膠賦予組織彈性、抗壓性6細胞外基質醫學知識講座一、 氨基聚糖和蛋白聚糖高分子量的含糖化合物6細胞外基質1、氨基聚糖 （GAG）1、結構

3、： 重復的二糖單位聚合而成的直鏈多糖 二糖單位：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、電性：強電負性, COO-, SO32-7細胞外基質醫學知識講座1、氨基聚糖 （GAG）1、結構：2、電性：強電負性, CO氨基聚糖可分為六類： 透明質酸（HA） 硫酸軟骨素（CS） 硫酸皮膚素（DS） 硫酸乙酰肝素（HS） 肝素(heparin) 硫酸角質素（KS）透明質酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG，含多達10萬個糖基。8細胞外基質醫學知識講座氨基聚糖可分為六類： 透明質酸（HA）透明質酸(HA)9細胞外基質醫學知識講座9細胞外基質醫學知識講座透明質酸（HA）結構：最簡單，

4、不發生硫酸化，含有大量親水性的負電荷基團形態：呈無規則卷曲狀降解：透明質酸酶功能：賦予組織彈性、抗壓性促進細胞遷移、增殖10細胞外基質醫學知識講座透明質酸（HA）結構：最簡單，不發生硫酸化，含有大量親水性的2、蛋白聚糖（Proteoglycan,PG）1、結構： 氨基聚糖(除HA外)與核心蛋白共價結合成的糖蛋白GAG（除HA） PG（單體） 核心蛋白 連接蛋白 PG（多聚體） HA 11細胞外基質醫學知識講座2、蛋白聚糖（Proteoglycan,PG）1、結構：11(CS)硫酸角質素KSPG連接蛋白HA12細胞外基質醫學知識講座(CS)硫酸角質素KSPG12細胞外基質醫學知識講座13細胞外基

5、質醫學知識講座13細胞外基質醫學知識講座3、氨基聚糖GAG和蛋白聚糖PG的功能使組織具有彈性、抗壓性、抗張、維持組織形態、防止機械損傷等對物質轉運有選擇滲透性（分子篩）透光性，角膜中的硫酸軟骨素和硫酸角質素，阻止血管形成，使角膜柔軟且透光抗凝血，肝素PG可與某些凝血因子結合細胞表面PG具有傳遞信息作用與組織老化有關，關節軟骨、HA、CS14細胞外基質醫學知識講座3、氨基聚糖GAG和蛋白聚糖PG的功能使組織具有彈性、抗壓性 二、膠原和彈性蛋白15細胞外基質醫學知識講座 二、膠原和彈性蛋白15細胞外基質醫學知識講座1、膠原（ Collagen）含量最多（25-30%）、分布廣泛纖維蛋白家族來源：成

6、纖維細胞 軟骨細胞 成骨細胞 上皮細胞等16細胞外基質醫學知識講座1、膠原（ Collagen）含量最多（25-30%）、分布17細胞外基質醫學知識講座17細胞外基質醫學知識講座18細胞外基質醫學知識講座18細胞外基質醫學知識講座19細胞外基質醫學知識講座19細胞外基質醫學知識講座1、膠原的主要類型及分布類型：26種(見表格) 由不同的結構基因編碼分布：組織特異性 IIII型-皮膚血管壁等 II型-軟骨等 IV型-基膜20細胞外基質醫學知識講座1、膠原的主要類型及分布類型：26種(見表格)20細胞外基質膠原的主要類型21細胞外基質醫學知識講座膠原的主要類型21細胞外基質醫學知識講座2、膠原的分

7、子結構由原膠原交聯而成，原膠原是三條肽鏈形成的三股螺旋，三條多肽鏈組成三股螺旋結構, 富含Gly（甘）,Pro（脯）和Lys（賴）三肽重復序列： Gly - X - Y X：Pro；Y：Hypro/Hylys特征性化學修飾：Pro，Lys羥基化 Lys選擇性糖基化glycineLength300nm22細胞外基質醫學知識講座2、膠原的分子結構由原膠原交聯而成，原膠原是三條肽鏈形成的三23細胞外基質醫學知識講座23細胞外基質醫學知識講座原膠原共價交聯后成為具有抗張強度的不溶性膠原。 胚胎及新生兒的膠原因缺乏分子間的交聯而易于抽提。 隨年齡增長，交聯日益增多，組織僵硬老化。24細胞外基質醫學知識講

8、座原膠原共價交聯后成為具有抗張強度的不溶性膠原。24細胞外基質3、膠原的合成裝配與降解來源：成纖維細胞、軟骨細胞、成骨細胞、上皮細胞等合成：細胞內（細胞核-內質網-高爾基體-分泌小泡）裝配：細胞外降解：細胞外25細胞外基質醫學知識講座3、膠原的合成裝配與降解來源：成纖維細胞、軟骨細胞、成骨細胞（1）細胞內合成細胞核：鏈基因轉錄加工形成mRNArER核糖體：翻譯合成前體肽鏈ER網腔：切信號肽并加前肽，形成前鏈，交聯形成三股螺旋結構-前膠原分子Golgi體：前膠原（加工修飾）分泌小泡：前膠原（運輸至胞外）（2）細胞外裝配前膠原-（前肽酶切去前肽）膠原分子-（有序排列，自我裝配）膠原原纖維（coll

9、agen fibril）-（聚集成束）膠原纖維（collagen fiber）26細胞外基質醫學知識講座（1）細胞內合成細胞核：鏈基因轉錄加工形成mRNA（2）細1 鏈基因轉錄加工形成mRNA8 聚集成束7有序排列，自我裝配，膠原原纖維6前肽酶切去前肽4 Golgi體：前膠原加工修飾3切信號肽并加前肽，形成前鏈，交聯形成三股螺旋結構-前膠原分子2 rER核糖體：翻譯合成前體肽鏈5 分泌小泡：前膠原運輸至胞外27細胞外基質醫學知識講座1 鏈基因轉錄加工形成mRNA8 聚集成束7有序排列，自我（3）膠原的胞外降解膠原存在、分布穩定，更新轉換較慢。但在創傷修復或炎癥反應初期，轉換速率加快降解：膠原酶

10、（collagenase）28細胞外基質醫學知識講座（3）膠原的胞外降解膠原存在、分布穩定，更新轉換較慢。但在創二、彈性蛋白（elastin）彈性蛋白和原纖維蛋白（fibrillin）構成彈性纖維（elastic fiber） 。29細胞外基質醫學知識講座二、彈性蛋白（elastin）彈性蛋白和原纖維蛋白（fibr1、結構特點高度疏水的非糖基化纖維蛋白富含Gly、Pro很少羥化，無糖基化修飾呈無規則卷曲狀不含Gly-X-Y重復序列，不形成規則的三股螺旋30細胞外基質醫學知識講座1、結構特點高度疏水的非糖基化纖維蛋白30細胞外基質醫學知識2、合成與降解合成與裝配： 胞內：可溶性彈性蛋白原 胞外：

11、分子交聯裝配成彈性纖維網 降解：彈性蛋白酶3、功能構成彈性纖維網絡的主要成分與無彈性的膠原互相交織，賦予組織彈性和韌性31細胞外基質醫學知識講座2、合成與降解合成與裝配：3、功能構成彈性纖維網絡的主要成分三、非膠原性黏合蛋白黏合蛋白： 纖粘連蛋白（fibronectin，FN） 層粘連蛋白（laminin，LN）功能：連接細胞與細胞外基質32細胞外基質醫學知識講座三、非膠原性黏合蛋白黏合蛋白：32細胞外基質醫學知識講座33細胞外基質醫學知識講座33細胞外基質醫學知識講座1、纖粘連蛋白 FN（1）分布廣泛： 血漿FN可溶，存在于血漿及各種體液； 細胞FN不溶，存在于ECM、細胞表面，主要由間質細

12、胞分泌產生（2）分子結構由兩個亞基形成二聚體 血漿FN：兩條多肽鏈由二硫鍵交聯成二聚體 細胞FN：二聚體交聯形成多聚體廣泛存在于人和動物組織中，屬高分子量糖蛋白含有多種大分子結合位點34細胞外基質醫學知識講座1、纖粘連蛋白 FN（1）分布廣泛：（2）分子結構34細胞外FN 35細胞外基質醫學知識講座FN 35細胞外基質醫學知識FN將細胞連接到細胞外基質上 36細胞外基質醫學知識講座FN將細胞連接到細胞外基質上 36細胞外基質醫學知識講座（3）功能介導細胞與ECM的粘附促進細胞遷移：黏附與去黏附促進創面修復和血液凝固:血漿FN吸引Fibroblast,SMC,Endothelial cell,并

13、刺激上皮細胞增生37細胞外基質醫學知識講座（3）功能37細胞外基質醫學知識講座2、層粘連蛋白 LN來源：上皮細胞、內皮細胞、肌細胞等，是胚胎發育過程中出現最早的細胞外基質成份屬高分子量黏合糖蛋白，含糖13-28%，由一條重鏈、二條輕鏈（、）借二硫鍵交聯而成與IV型膠原共同構成基膜（BM）38細胞外基質醫學知識講座2、層粘連蛋白 LN來源：上皮細胞、內皮細胞、肌細胞等，是胚（1）分子結構三條多肽鏈由二硫鍵交聯構成異構三聚體含有多種大分子結合位點39細胞外基質醫學知識講座（1）分子結構三條多肽鏈由二硫鍵交聯構成異構三聚體39細胞外（2）、功能構成基膜（basement membrane, BM）介

14、導上皮細胞粘著于基膜影響細胞粘附、遷移、分化、增殖或凋亡等40細胞外基質醫學知識講座（2）、功能構成基膜（basement membrane, 一、細胞外基質對細胞生物學的影響 1影響細胞的形態結構不同細胞具有不同的細胞外基質，介導的細胞骨架組裝的狀況不同，從而表現出不同的形狀。2影響細胞的生存與死亡定著依賴性：如上皮細胞一旦脫離了ECM則會發生失巢凋亡。細胞外基質與細胞間的相互作用41細胞外基質醫學知識講座一、細胞外基質對細胞生物學的影響 細胞外基質與細胞間的相互作3調節細胞的增殖和分化 定著依賴性生長（anchorage dependent growth）。如成肌細胞在纖粘連蛋白上增殖并保

15、持未分化的表型；而在層粘連蛋白上則停止增殖，進行分化，融合為肌管。4參與細胞的遷移細胞的遷移依賴于細胞的粘附與去粘附，細胞骨架的組裝與去組裝。42細胞外基質醫學知識講座3調節細胞的增殖和分化 42細胞外基質醫學知識講座二、細胞對ECM的影響1、ECM由其所在細胞分泌；2、ECM成分的降解是在細胞的控制下進行ECM由基質金屬蛋白酶和絲氨酸蛋白酶家族聯合作用下降解。同時細胞也分泌基質金屬蛋白酶和絲氨酸蛋白酶的抑制劑控制蛋白酶的作用43細胞外基質醫學知識講座二、細胞對ECM的影響1、ECM由其所在細胞分泌；43細胞外細胞外基質的特化結 構-基膜BM44細胞外基質醫學知識講座細胞外基質的特化結 構-基

16、膜BM44細胞外基質醫學知識講座基膜（BM）-細胞外基質的特化結構45細胞外基質醫學知識講座基膜（BM）-細胞外基質的特化結構45細胞外基質醫學知識講細胞外基質醫學知識講座培訓課件圖8 單層柱狀上皮模式圖47細胞外基質醫學知識講座圖8 單層柱狀上皮模式圖47細胞外基質醫學知識講座圖8 單層柱狀上皮模式圖48細胞外基質醫學知識講座圖8 單層柱狀上皮模式圖48細胞外基質醫學知識講座49細胞外基質醫學知識講座49細胞外基質醫學知識講座第三節 與疾病的關系一、腫瘤轉移與細胞粘附分子、細胞外基質二、細胞粘附分子與其他疾病三、細胞外基質與組織纖維化50細胞外基質醫學知識講座第三節 與疾病的關系一、腫瘤轉移

17、與細胞粘附分子、細胞外基質腫瘤轉移與細胞粘附因子、細胞外基質腫瘤細胞浸潤轉移從分子水平上可以分為3個階段： 腫瘤細胞之間的解黏附和腫瘤細胞與ECM之間的黏附; ECM的降解：腫瘤細胞和宿主細胞分泌的蛋白水解酶,使腫瘤細胞周圍的ECM發生降解;運動：腫瘤細胞被生長因子及趨化因子誘導,向縱深運動。此過程反復連續進行,宏觀結果即表現為腫瘤細胞向外擴展、侵襲。51細胞外基質醫學知識講座腫瘤轉移與細胞粘附因子、細胞外基質腫瘤細胞浸潤轉移從分子水現已證實，腫瘤組織中有多種細胞外基質成分和CAM的改變，且腫瘤細胞還能誘導周圍ECM發生有利于腫瘤細胞生長和轉移的重構，這些改變賦予了腫瘤的侵襲和轉移能力。 52

18、細胞外基質醫學知識講座現已證實，腫瘤組織中有多種細胞外基質成分和CAM的改變，且腫（一）腫瘤細胞從原發腫瘤部位脫離 原因：腫瘤細胞表面鈣粘素（如E-）表達、細胞之間粘附性 基因轉染實驗證實：鈣粘素可限制或逆轉腫瘤的轉移行為（二）腫瘤細胞穿過基底膜及細胞外基質進入淋巴S或血液S AM介導 腫瘤細胞-與基底膜、ECM粘附釋放蛋白酶降解ECM、破壞基底膜通過細胞移動血循環（三）腫瘤細胞在血循環中的移動 腫瘤細胞ICAM-1表達，而血中SICAM-1表達封閉L2的作用LC、NKC識別瘤細胞能力 腫瘤細胞通過自身粘附或與纖維蛋白沉積物結合瘤血栓逃避免疫監視 通過整合素家族中的GPb/a的介導與血小板粘附

19、腫瘤細胞逃避免疫監視53細胞外基質醫學知識講座（一）腫瘤細胞從原發腫瘤部位脫離 原因：腫瘤細胞 (四）腫瘤細胞與易位器官EC的選擇性粘附 轉移性腫瘤細胞在易位器官穿過血管壁的第一步是與血管內皮細胞的特異性粘附，已證明是由CAM介導的。而且腫瘤細胞轉移所具有器官特異性與不同器官血管內皮細胞表達的AM不同有關 易轉移入 皮膚黑色素瘤（表達41） -肺 （原因：肺血管EC上VCAM-1表達非常豐實） 易轉移入 胃Ca、結腸Ca（表達sle寡糖） -肝 （原因：E- 選凝素主要分布在肝臟）（五）腫瘤細胞穿過血管基底膜及破壞細胞外基質 “外向侵襲” 腫瘤C從Cap和小V進入組織 通過表達的整合素粘附分子

20、、CD44、LM受體等介導與內皮下基底膜（SEM）成分粘附在細胞因子、生長因子誘導下腫瘤細胞產生蛋白酶（金屬蛋白酶、絲氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶）降解SEM成分腫瘤外向轉移腫瘤細胞生長、分裂、血管生成轉移灶 直接穿過內皮細胞腫瘤外向轉移腫瘤細胞生長、分裂、血管生成轉移灶54細胞外基質醫學知識講座 (四）腫瘤細胞與易位器官EC的選擇性粘附 轉移性腫瘤細胞粘附分子與其他疾病（一）粘附分子在心血管病理過程中的作用AM與心肌缺血-再灌注損傷（MIRI）在心肌缺血-再灌注后不同時間，不同AM的作用不同 再灌注后20mim，PMN上的L-選凝素可很快從激活的細胞表面釋放，造成白細胞的滾動狀

21、態，這是白細胞與內皮細胞粘附的先決條件。隨著再灌注時間的延長，PMN表面2整合素（CD11/ CD18）的表達上調（4h） 隨著再灌注時間的延長，內皮細胞表面P-選凝素（20mim）、 ICAM-1(1h) 和E-選凝素（4h）的表達上調，心肌細胞表面也出現ICAM-1的表達 PMN跨內皮細胞遷移通過2整合素/ICAM-1途經與心肌細胞粘附，直接釋放細胞毒性介質造成其損傷。 應用選凝素、2整合素和ICAM的單克隆抗體在不同動物MIRI模型中均顯示了心肌壞死程度減輕，血清CPK活性降低等。表明：抗粘附分子治療可成為臨床預防MIRI的有效途徑AM與動脈樣硬化（AS）在人AS病變部位內皮細胞上VCA

22、M-1表達上調，通過VCAM-1/41整合素途徑募集單核細胞，單核細胞又可激活內皮細胞而誘導其上的VCAM-1、ICAM-1、E-選擇素等的表達，以使更多的單核細胞侵潤。在人AS病變進展時，某些細胞表面AM的表達則選擇性地下調或喪失，最近研究發現，AS病變部位巨噬細胞上CD11b和CD18表達下調。55細胞外基質醫學知識講座細胞粘附分子與其他疾病（一）粘附分子在心血管病理過程中的作用（二）粘附分子在炎癥、凝血、組織損傷修復中的作用 （1）AM在炎癥反應中的作用AM在下列過程中參與：白血球（WBC）在微血管中附壁滾動 、WBC的激活、WBC與血管內皮細胞的粘附、WBC穿血管游走AM在急性炎癥、慢

23、性炎癥性疾病均發揮作用，而且還是移植排異反應的始動因素 AM介導WBC與內皮細胞相互作用炎癥細胞浸潤 AM介導淋巴細胞與抗原體呈細胞之間相互作用激活TLC效應細胞對移植物細胞的殺傷反應 因此人們試圖使用阻斷粘附的方法治療炎癥性疾病。有： 特定粘附分子的單抗 合成的粘附分子配體的多肽 人工合成的作為選凝素配體的寡糖56細胞外基質醫學知識講座（二）粘附分子在炎癥、凝血、組織損傷修復中的作用 （1（2）AM在止血和凝血中的作用 血小板是參與止血，凝血和血栓形成過程的主要效應細胞，其與內皮下基底膜及血漿中粘附蛋白之間的粘附和血小板相互之間的聚集，是由多種粘附分子參與的過程。（3）AM在組織損傷修復中的

24、作用組織損傷炎癥反應EC、WBC的AM表達WBC粘附、游出清除病菌、壞死組織有利于再生、修復組織修復過程中多種細胞的游走是纖連蛋白與其受體結合介導的錨著依賴過程。57細胞外基質醫學知識講座（2）AM在止血和凝血中的作用 血小板是參與止血，凝血（三）AM參與免疫反應的調節 AM在免疫反應過程中發揮重要作用 CD4+TLC的激活 BLC的激活（靠活化的TLC表達的AM介導） LC的歸巢、再循環 58細胞外基質醫學知識講座（三）AM參與免疫反應的調節 AM在免疫反應過程中發揮重要作細胞外基質與組織纖維化（一）細胞外基質與肝纖維化 肝纖維化早期時III型膠原增多，發展到肝硬化時，I型和II型膠原均明顯增多，且以I 型為主。GAG含量隨肝纖維化的加重而增加，肝纖維化早期以透明質酸、硫酸軟骨素增多為主，肝硬化晚期以硫酸角質素增多為主。FN含量在肝纖維化早期大量增加，晚期含量減少。（二）細胞外基質與肺纖維化肺纖維化是很多肺疾病的晚期表現，盡管病因各異，其早期表現均為肺泡炎、肺泡壁損傷、間質成分改變，而修復障礙是肺纖維化發生的關健。免疫組化及分子雜交顯示石英粉塵所致的大鼠纖維化組織，I、III型膠原的mRNA表