导图社区 医学细胞生物学第十一章
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医学细胞生物学第十一章
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第十一章
第二节 细胞外基质的主要组成成分
一糖胺聚糖与蛋白聚糖
一）糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的直链多糖
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”
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）
因糖残基上常有硫酸基团、羧基，故呈强负电性
根据糖残基的性质、连接方式、硫酸化数量和存在的部位，分为六种
①透明质酸hyaluronicacid,HA
②硫酸软骨素chondroitinsulfate,CS
③硫酸皮肤素dermatansulfate,DS
④硫酸乙酰肝素heparansulfate,HS
⑤肝素heparin
⑥硫酸角质素keratansulfate,KS
硫酸软骨角质素，乙酰肝素皮肤素，透明质酸和肝素。
透明质酸是氨基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
5000~25000个二糖重复单位排列构成，不发生硫酸化
透明质酸的糖醛酸的羧基带有大量负电荷，其相斥作用使整个分子伸展膨胀，占据很大的空间
其表面有大量亲水基团，可结合大量水分子，形成凝胶；一个透明质酸分子可以占据1000倍于自身分子的空间
在有限的空间可产生膨胀压，赋予组织良好的弹性和抗压性
透明质酸是种重要的糖胺聚糖，在组织创伤、早期胚胎中尤为丰富，促进细胞迁移和增殖；是胚胎发育早期的空间填充物，用于定形，如心脏形成；作为关节液的重要成分，有润滑作用任务完成后，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 是由糖胺聚糖（透明质酸除外）与核心蛋白共价形成的高分子复合物，是含糖量极高的糖蛋白
其分子量大，含糖量高，可达分子量的95%
核心蛋白为单链多肽，一条核心蛋白子上可连接1~100条以上糖胺聚糖相同或不同的糖胺聚糖；糖链一般300个糖基以下）,形成体
若干个蛋白聚糖单体通过连接蛋白linker protein,以非共价键与透明质酸结合，形成蛋白聚糖多聚体
糖胺聚糖→蛋白聚糖→蛋白聚糖多聚体
软骨中的蛋白聚糖复合体是已知最巨大分子，其糖胺聚糖为硫酸软骨素和硫酸角质素，分子量高达数百万，长达几微米，使软骨具有良好弹性、抗压性
2蛋白聚糖的合成与装配
核心蛋白在糙面内质网核糖体上合成，多糖侧链在高尔基复合体中装配到核心蛋白上→蛋白聚糖单体
装配时，首先一个专一的四糖（Xyl-Gal-Gal-GlcUA)结合到核心蛋白的丝氨酸残基上；然后在糖基转移酶作用下，一个个糖基依次加上，形成糖胺聚糖糖链
四糖结合→糖基转移酶→糖基依次加上
蛋白聚糖的显著特点--多态性：核心蛋白氨基酸序列不同、糖链长度和成分不同；功能也因此各有不同
有些蛋白聚糖是质膜的整合蛋白，如黏结蛋白聚糖syndecan,存在于成纤维细胞和上皮细胞质膜中；其核心蛋白以跨膜糖蛋白的方式嵌入质膜；其胞外区的硫酸软骨素、硫酸类肝素的GAG糖链，与其他细胞外基质成分，如胶原、纤连蛋白，信号分子结合
其胞内区肽段与膜下细胞骨架及细胞皮层的蛋白分子相互作用，可介导细胞与细胞外基质结或细胞内外信息沟通
3分类
聚集素
机械支持，与透明质酸形成大的聚合体
乙聚糖
结合TGF-β
装饰素
与Ⅰ型胶原原纤维和TGF-β
渗滤素
基膜中起到过滤和结构作用
丝甘素
协助包装和贮存分泌分子
黏结蛋白聚糖-1
细胞黏合结合FGF
三）糖胺聚糖与蛋白聚糖的功能
1使组织具有弹性和抗压性
2对物质转运有选择透过性
糖基纵横交错、高度亲水、具有负电性，构成高度水化孔胶样物；孔的大小和电荷密度可调节对分子和细胞的通透性，具有分子筛的作用；
如肾小球基底膜中硫酸软骨素蛋白聚糖对原尿的生成具有筛滤作用
3角膜中蛋白聚糖具有透光性
硫酸软骨素、硫酸角质素，高度硫酸化，使基质脱水变得致密；阻止血管的形成，使角膜柔软、具有透光性；角质化亦有保护作用
4糖胺聚糖具有抗凝血作用
肝素蛋白聚糖可与某些凝血因子结合而具有抗凝血作用；肝素蛋白聚糖常以单体形式存在，由靠近血管的肥大细胞分泌产生，并贮存于肥大细胞的颗粒中，受到刺激时，释放入血液，结合凝血酶，抑制凝血因子的作用，抗凝血
5细胞表面的蛋白聚糖有传递信息的作用
成纤维细胞与表皮细胞膜内的黏结蛋白聚糖，胞外区结合多种信号分子
6糖胺聚糖和蛋白聚糖与组织老化有关
胚胎发育期，透明质酸合成旺盛，胎儿皮肤中的透明质酸和硫酸软骨素含量是成人20倍；随年龄增大逐渐减少，逐渐被硫酸皮肤素所取代
关节软骨中的蛋白聚糖随年龄增加逐渐减少，硫酸软骨素被硫酸角质素逐渐取代
随个体衰老，蛋白聚糖的糖链比例下降，组织的保水性及弹性减弱，糖胺聚糖的阴离子可结合钙离子，在组织的钙化、骨盐沉积中起重要作用
选择透过弹抗压，透光抗凝传信息，组织老化也有关。
四）糖胺聚糖与蛋白聚糖疾病
糖胺聚糖和蛋白聚糖的代谢异常与许多疾病有关；蛋白聚糖的降解可在一系列细胞外酶或溶酶体酶催化下进行
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、蛋白聚糖及降解中间产物的体内一定部位堆积，形成黏多糖累积病mucopolysaccharidoses,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
糖胺聚糖变化和蛋白聚糖异常表达，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
许多癌组织硫酸乙酰肝素硫酸化程度下降，为肿瘤增殖、脱落、侵袭、转移提供了条件
二胶原与弹性蛋白
一）胶原是细胞外基质中的骨架结构
1胶原的分子结构
胶原分子为三股螺旋（triplehelix)结构，3条α多肽链盘绕而成，长300nm,直径1.5nm,称：原胶原
人类每条肽链约1050aa,其中Gly占三分之一,同时富含Pro和Lys,这2种氨基酸经常羟基化形成Hypro和Hylys,Lys选择性糖基化肽链中的氨基酸组成规律的三肽重复序列Gly-X-Y,X多为Pro,其环状结构稳定α螺旋构象；Y可为任一氨基酸，多为Hy-pro或Hy-lys;甘氨酸（Gly)是最小氨基酸，使肽链卷曲成规律的a-螺旋，适于在紧密的三股螺旋中心
肽链的羟基化与糖基化使肽链交联，形成稳定的3α-螺旋结构
2胶原的类型
α链是原胶原的基本亚单位，目前已发现人基因组中有42个编码α链的基因，每种α链由一种基因编码，各种不同a链以不同方式组合成不
同类型胶原每型胶原由3条相同或不同的α链构成
Ⅰ型胶原是异源三聚体：分布于肌腱、皮肤、骨、韧带，形成较粗的纤维束，具有很强的抗张强度
Ⅱ型胶原是同源三聚体：存在于软骨中
Ⅲ型胶原是同源三聚体：存在于皮肤、肌肉、结缔组织，在血管壁和各种软组织或器官间质形成微细的纤维网，常与Ⅰ型共分布
Ⅳ型胶原异源三聚体：仅存于基底膜，形成二维网络样结构
鸡屁股带抗张一，二软三肌肤结缔，四于基膜二维网。
目前发现的胶原类型只有27种，分布有一定组织特异性
3胶原的装配与降解
胶原由结缔组织的成纤维细胞、间充质来源的成骨细胞、成软骨细胞、各种上皮细胞、牙本质细胞、神经组织的雪旺氏细胞等合成分泌
胶原分子的基因很大，约30~40kb;人a(1)链的基因含51个外显子，多数外显子由54个或54倍数个核苷酸组成；推测Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原α链的基因是由编码54个核苷酸的原始基因复制演化而来；IV型胶原跟前三者差别较大
胶原的合成、组装始于内质网，在高尔基体进行修饰，最后在细胞外组装成胶原纤维
①胶原在细胞内的合成。
首先在糙面内质网的核糖体上合成前α链（pro-achains);前α链除了含信号肽，在其N端与C端还各有一段不含Gly-X-Y的前肽序列。
合成前α，有信号肽&前肽序列
新合成的前α链进入糙面内质网腔，切去信号肽，Pro和Lys被羟化成Hypro和Hylys;一些Hylys被部分糖基化（完全糖基化修饰在高尔基复合体完成）;3条前α链C端前肽形成二硫键交联，使3条前α链对齐，从C端向N端聚合成带前肽的三股螺旋结构--前胶原procollagen
进入内质网，切去信号肽，羟化&糖基化
前胶原分子囊泡运进高尔基体，进一步糖基化修饰，被包入分泌小泡，分泌到细胞外
进入高尔基体，糖基化&包装分泌
②胶原在细胞外的装配
在分泌过程中，前胶原分子一旦暴露于细胞外，就被组织中依赖Zn2+的前胶原N-蛋白酶和前胶原C-蛋白酶切去N端和C端的前肽序列，两端各保留一小段非螺旋的端肽区，形成原胶原分子
锌离子依赖蛋白酶切割前肽序列，保留非螺旋，形成原胶原分子
原胶原分子在细胞外阶梯式有序排列，相邻原胶原分子相错1/4长度（约67nm),前后分子首尾相隔35nm,自我装配成明暗相间、直径10~300nm,长150nm至数微米的胶原原纤维collagenfibril
阶梯式排列，相错四分之一，相隔35nm，自我装配胶原原纤维
细胞外基质中，胶原原纤维常聚集成束，形成直径数微米、光镜下可见 的胶原纤维collagenfiber
聚集成束形成胶原纤维
过程
Ⅰ-Ⅲ型
IV型胶原
不含Gly-x-y，不形成α-螺旋，分泌到细胞外基质的前胶原分子前肽不被切除。
两个前胶原分子头对头形成二聚体，多个二聚体再交联形成网络。
与层粘连蛋白，硫酸乙酰肝素蛋白聚糖等组装成基底膜
③胶原的降解
胶原的更新转换很慢，成年人骨中的胶原分子，半衰期达10年；一般的蛋白质半衰期为数小时或数天；创伤修复或炎症反应初期，胶原转换率加快，伴有胶原类型的转变
胶原分子可被胶原酶collagenase降解，胶原酶的活化与抑制调节胶原的转换率；
创伤组织、癌变组织有活化的胶原酶；
蛋白酶、纤溶酶，糖皮质激素，均可诱导、活化胶原酶
结缔组织合成胶原酶抑制剂；雌二醇、黄体酮抑制子宫胶原降解
4胶原的功能
①胶原在不同组织中行使不同功能
皮下结缔组织中，抵抗拉力；肌腱——很强韧性，承受巨大拉力；骨、角膜胶原呈胶合板样多片层，透明而又有一定强度；Ⅲ型胶原，纤维网，包绕腺泡、肌肉；Ⅳ型胶原，基底膜网架结构
抗拉，形成网架结构
胶原与细胞外基质各种成分结合，组织细胞外基质，结合细胞表面受体，连接组织、器官
结合受体，连接组织器官
②胶原与细胞的增殖和分化有关
人体细胞绝大多数是贴附依赖性细胞，胶原为主的细胞外基质为细胞提供贴附、铺展，并刺激增殖的作用
黏附铺展，刺激增殖
胶原能诱导细胞分化，在不同胶原上，干细胞被诱导成不同类型细胞：Ⅰ型胶原：成纤维细胞、Ⅱ型胶原：软骨细胞、Ⅳ型胶原：上皮细胞
一成二软三上皮
诱导分化
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，随着发育渐被Ⅰ型胶原取代；皮肤损伤后的修复，Ⅲ型胶原含量上升
成熟组织胶原稳定，在炎症初期和创伤修复时，胶原表达呈现胚胎特点：胶原分子间缺乏交联
人体衰老，胶原分子交联增多，胶原纤维结构变得紧密，导致人体组织变得僵硬
5胶原与疾病
各组织中胶原的含量、结构、类型、比例、代谢异常均可导致胶原病collagendisease
①维生素C缺乏导致坏血病
胶原形成过程中，α链的羟基化和糖基化，是肽链间交联形成稳定3α-螺旋的必须条件，此过程需要酶和多种辅助因子（Vc、Fe2+、α-酮戊二酸）的参与。 缺乏辅助因子，羟化受阻，分子交联失败，导致非羟化的α链在细胞内被降解，皮肤、血管变脆一一坏血病
②遗传性胶原病
胶原分子基因突变导致表达和装配的异常--遗传性胶原病
如：成骨发育不全综合症，是I型胶原合成障碍，骨骼发育不良，四肢短小，畸形，易骨折，甚至早夭
Ⅱ型胶原基因突变导致软骨异常，骨和关节发育异常，身材矮小
爱-唐综合症，胶原基因突变，缺乏切除前肽的酶，使胶原不能组装成高度有序的纤维，骨骼、肌腱缺乏刚性，关节活动过度，皮肤、肌腱、血管变脆
③免疫性胶原病
人体免疫组织在正常状况下，对自身的胶原组织有免疫耐受性；此特性丧失导致自身免疫性胶原组织损伤，如类风湿性关节炎、慢性肾炎等；免疫复合物在胶原组织沉积，可引起炎症反应
胶原表达过度，可造成肝、肺、皮肤病理性纤维化；从正常含量的5%~10%上升到50%
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
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elastin是构成细胞外基质中弹性纤维网络的主要成分，是高度疏水的非糖基化纤维蛋白，分布于皮肤、大动脉、肺等
约含750aa,富含脯氨酸、甘氨酸，很少羟基化，不含羟赖氨酸，无糖基化修饰
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；
②α螺旋短肽，富含丙氨酸、赖氨酸，在相邻分子间形成交联键
每种短肽各由一个外显子编码
疏水有弹性，alpha来交联，外显子编码。
弹性蛋白以可溶性原弹性蛋白tropoelastin的形式，分泌到细胞外，并通过赖氨酸残基之间相互交联（共价键）装配形成弹性纤维网
弹性蛋白的无规则卷曲和高度交联，使之弹性伸长、回缩能力强，比同样截面的橡皮条弹性高5倍
胶原纤维与弹性纤维相互交织，限制伸展程度，防止组织断裂弹性蛋白的降解主要由弹性蛋白酶elastase催化
弹性纤维elastic fiber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微原纤维microfibrils,其中较大的糖蛋白--原纤维蛋白fibrillin是保持弹性纤维完整所必需的成分；其基因突变，可导致马凡氏综合症Marfan's syndrome:病变累及含弹性纤维的组织，骨骼及关节畸形，身材异常瘦长，严重者主动脉易破裂
“综合征”亦称“症候群”，指同时在一个病人身上出现了一群症状，代表一些相互关连的器官病变或功能紊乱 “综合症”的定义相对狭窄，特指某种具体疾病情况下出现的一组症状或病理改变
弹性蛋白是动脉中含量最高的细胞外基质蛋白，占主动脉干重50%其基因突变可导致动脉壁平滑肌细胞过度增殖，引起动脉狭窄
老年组织中，弹性蛋白生成减少，降解增强，组织失去弹性
三细胞外基质中的非胶原蛋白成分
非胶原性糖蛋白共同特点：既与细胞结合，又与细胞外基质其他分子结合，故而使细胞与细胞外基质相互黏着，是细胞外基质中的黏合蛋白
目前发现了数十种这类黏合糖蛋白，在结构上具有多个结构域，结合细胞或其他细胞外基质；它们是细胞外基质的组织者，对细胞存活、形态、黏着、铺展、迁移、增殖、分化有直接影响
研究的最清楚的两种是：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最早发现的细胞外基质非胶原糖蛋白，广泛存在于人和动物组织中，是高分子量糖蛋白，因组织不同、分化不同而糖含量：4.5%~9.5%
细胞外基质的主要组成成分纤连蛋白有两种存在形式：
①可溶性纤连蛋白，存在于血浆、各种体液，主要由肝实质细胞分泌产生，称：血浆纤连蛋白
②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，称：细胞纤连蛋白
1纤连蛋白的分子结构 fibronectin
各种纤连蛋白均由相似的亚单位（分子量220~250kD)组成；血浆纤连蛋白由两条相似的肽链形成二聚体dimer(450kD),两条肽链在C端形成二硫键交联，呈V字形；细胞纤连蛋白为二聚体交联形成的多聚体
人体中纤连蛋白亚基有20多种，是同一基因编码，转录后拼接不同形成的多种异型分子，具有不同生物学功能
不同组织来源的纤连蛋白亚单位在结构上稍有差别，每条肽链2450个左右aa,构成5~6个杆状有特定功能的结构域，结构域之间的短肽可以折曲，对蛋白酶敏感；可通过胰蛋白酶水解，分离结构域进行研究
研究证明，不同结构域含不同大分子结合位点，与不同生物大分子或细胞表面受体结合，是多功能分子
纤连蛋白可结合：各型胶原、肝素、凝血因子、纤维蛋白，细胞表面整联蛋白等纤连蛋白的肽链中具有三肽序列
H2N Arg-Gly-Asp(RGD),是细胞表面各种FN受体识别并结合最小单位，但并非FN所特有
纤连蛋白在细胞表面的受体，是整联蛋白家族成员
2纤连蛋白的功能
纤连蛋白与细胞的形状、黏着、迁移、增殖、分化及创伤修复、肿瘤转移均关系密切
①介导细胞与细胞外基质间的黏着
纤连蛋白分子的多结构域以及排列特点，使它同时跟多种细胞外基质生物大分子结合，并介导细胞与细胞外基质、细胞之间的相互黏着
通过与黏着斑的作用，调节细胞的形状、细胞骨架的装配，促进细胞铺展，加速细胞的增殖和分化
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 在黏着斑处，整合素通过纤连蛋白介导细胞与细胞外基质黏附；并通过黏着斑的形成与解离，影响细胞骨架的组装与去组装，促进细胞的迁移运动
细胞外基质的主要组成成分：胚胎发育早期，细胞分泌的大量纤连蛋白，促进细胞迁移；如果注射纤连蛋白抗体、或含RGD序列的短肽竞争结合，就阻断细胞迁移
③纤连蛋白在组织创伤修复中的作用
血浆中的纤连蛋白能促进血液凝固、伤口面的修复。 在组织创伤修复中，血浆纤连蛋白结合血浆中纤维蛋白，在伤口处吸引成纤维细胞、平滑肌细胞、内皮细胞向伤口迁移，形成肉芽组织，然后形成疲痕；同时刺激上皮细胞增生，修复创面
3纤连蛋白与疾病
血浆纤连蛋白主要来自肝细胞，少量来自血管内皮细胞，当肝坏死、重度肝炎、肝硬化、肝癌时，血浆纤连蛋白显著降低，血液凝固、创伤修复受到一定影响
纤连蛋白与肾小球肾炎有关，肾小球基底膜中含有大量纤连蛋白，当DNA、金黄色葡萄球菌、链球菌、胶原、纤维蛋白的降解产物，直接或以免疫复合物的形式，与纤连蛋白结合，沉积在肾小球基底膜上，引起肾小球肾炎
而血浆中纤连蛋白与上述降解产物、免疫复合物结合，被巨噬细胞表面受体识别而清除，对肾脏起保护作用
在创伤修复中，局部纤连蛋白过度表达，导致疲痕过度形成恶性肿瘤细胞表面的纤连蛋白受体异常，细胞黏着能力下降，使细胞容易分散、转移
二）层粘连蛋白是基膜成分
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层粘连蛋白的分子结构
是一种高分子量糖蛋白，含糖量15~28%;820~850kD,70nm长
由α、β、γ三条不同肽链组成的异三聚体，一条重链α与两条轻链β、γ借二硫键相连，呈不对称十字结构：三条短臂（N-端）、一条长臂。
三条短臂由三条肽链的N端序列构成，β、γ短臂上有2个球形结构域和一个短杆区；α短臂上有2~3个球形结构域及2个短杆区；长臂由3条肽链的近C端肽链形成，α链的C端肽链高度卷曲形成膨大球状结构，是肝素结合区
层粘连蛋白分子存在多个不同结构域，可与IV型胶原、硫酸乙酰肝素、肝素、脑苷脂、神经节苷脂等细胞外基质结合，以RGD序列结合整合素
已证明层粘连蛋白至少有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；层粘连蛋白上还有与化脓性链球菌等原核细胞结合的位点
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
层粘连蛋白是个蛋白质大家族，已鉴定出5种a链、4种B链、3种y链；15种不同的层粘连蛋白分子；分布具有组织特异性，不同发育阶段也表达不同分子；laminin8在血管内皮、肌细胞基膜、胚胎中，表达丰富
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
层粘连蛋白上有RGD三肽序列，可被上皮细胞、内皮细胞、神经细胞、肌细胞、多种肿瘤细胞识别结合，从而将细胞固定在基底膜上，促进细胞生长，并铺展成一定形态
通过与细胞的相互作用，直接或间接控制细胞活动，如细胞黏附、迁移、分化、增殖、凋亡、基因表达等
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情况下，促进中枢及外周神经元轴突生长
基底膜框架&RGD识别结合&早期胚胎发育&神经元体外存货& 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
层粘连蛋白在体内的合成、降解异常与许多疾病有关，如糖尿病具有广泛的基底膜改变；糖尿病性肾病肾小球基底膜中层粘连蛋白含量降低，血清和尿中出现层粘连蛋白、IV型胶原的降解产物
一些疾病与层粘连蛋白自身免疫反应有关，如链球菌感染导致的肾小球肾炎患者，血中出现抗层粘连蛋白抗体，引起自身免疫反应，使肾小球基底膜受损
在扩张性心肌病、心肌炎患者血中检测到抗层粘连蛋白的抗体
层粘连蛋白促进肿瘤细胞的生长、转移
四细胞外基质的特化结构--基膜
一）基膜的组成成分
基底膜的细胞外基质成分，由上皮细胞和结缔组织细胞分泌产生，不同组织的基膜或基膜不同区域，组成成分有所不同；主要由4种成分组成：
IV型胶原、层粘连蛋白、巢蛋白、渗滤素
1Ⅳ型胶原
构成基膜的框架，400nm长的螺旋肽链结构，被非螺旋结构隔断24处，间隔处为IV型胶原分子提供了柔韧性
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
是基膜中主要蛋白成分，呈现非对称十字结构，相互间通过臂端部相连，装配成二维纤维网络结构，通过巢蛋白，与Ⅳ型胶原二维网络相接；是结合细胞膜上整联蛋白的配体，并将细胞与基膜紧密结合
3巢蛋白
又称哑铃蛋白，结合层粘连蛋白与IV型胶原，并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),结合有2~15条特异性硫酸乙酰肝素链；渗滤素可结合胶原、层粘连蛋白等，及细胞表面蛋白，共同构成基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
四层巢神
二）基膜的生物学功能
是上皮细胞的支撑垫，在上皮组织与结缔组织之间起结构连接作用；
基膜对分子的通透有高度选择性，如肾小球基底膜参与原尿的形成，阻挡血细胞和蛋白质的通过，起选择性筛滤作用
对细胞形态、极性、代谢、细胞膜上蛋白质的分布、细胞生存、增殖分化、细胞迁移等均具有重要作用
复习题
1名词解释：
细胞微环境
细胞外基质extracellular matrix(ECM)
RGD序列
基底膜 basallamina
2细胞外基质分为哪三类？
3氨基聚糖的结构和分为哪6类？
4蛋白聚糖的结构组成是怎样的？
5氨基聚糖与蛋白聚糖的功能有哪6方面？
6动脉粥样硬化与哪种细胞外基质成分有关？
7黏多糖累积病与哪种细胞外基质代谢异常有关？
8胶原的分子结构是怎样的？
9前四型胶原的分布是怎样的？
10胶原的合成装配（I-III型）步骤是怎样的？
11IV型胶原的结构、分布特点？
12胶原的功能是怎样的？
13胶原与疾病的关系，体现在哪三个方面？
14弹性蛋白的结构、分布特点？
15纤连蛋白分为哪两种？
16纤连蛋白的结构特点？
17纤连蛋白的功能有哪些？
18层粘连蛋白的结构特点有哪些？
19层粘连蛋白的功能，与疾病的关系？
20基底膜的分布、组成、功能各是什么？
21细胞与细胞外基质的相互作用是怎样的？
22细胞之间的相互作用机制有哪三点？
23细胞微环境异常主要导致什么疾病？
第三节细胞微环境与细胞间的相互作用
一细胞外基质与细胞间的相互作用
组织是由细胞与细胞外基质共同组成，细胞控制细胞外基质的合成和降解，决定细胞外基质的组成；细胞外基质对细胞各种结构和功能
一）细胞外基质对细胞生物学行为的影响
细胞外基质对细胞具有支持、连接、保护作用，还对细胞结构、功能有作用；存在了细胞外基质，细胞才能维持正常形态，行使正常功能
1细胞外基质影响细胞的形态结构
细胞形态与生存环境密切相关，在不同细胞外基质上黏附和铺展时，表现出不同形态
细胞外基质对细胞形态的决定作用，主要通过与细胞表面受体结合，影响细胞骨架的组装和排列来实现的
2细胞外基质影响细胞的生存与死亡
人体大多类型细胞需要黏附在一定细胞外基质上才能存活，上皮和内皮细胞一旦脱离细胞外基质就会凋亡--失巢凋亡
细胞脱离细胞外基质，细胞骨架松散，线粒体启动凋亡；当细胞通过整联蛋白黏附与细胞外基质上，启动细胞存活相关信号，维持生存
3细胞外基质调节细胞增殖
体外细胞培养实验证实，细胞只有在细胞外基质上黏附并铺展，才能使细胞增殖周期运行，称：贴壁依赖性生长
细胞黏附和铺展后，整联蛋白通过MAPK信号通路调节细胞增殖、凋亡
4细胞外基质参与细胞的分化调控
细胞外基质的多种组分通过与细胞表面受体特异性结合，触发胞内信号传递，调控核内基因表达，控制细胞的分化
特定的细胞外基质使某些类型细胞进入分化；酪蛋白基因的表达是层粘连蛋白与整联蛋白结合活化信号转导系统而启动
5细胞外基质影响细胞的迁移
个体发育过程和组织再生、创伤修复过程，都伴随活跃的细胞迁移运动
细胞迁移中，黏附和去黏附、细胞骨架的组装和去组装，都离不开细胞外基质的影响
细胞透过基膜进行迁移时，需要基质金属蛋白酶（如胶原酶）,分解局部的细胞外基质成分，开辟细胞迁移的道路
如上情形可以发生于白细胞穿血管基膜进入炎症部位，和肿瘤转移细胞对细胞外基质的影响
二）细胞对细胞外基质的影响
1细胞外基质是由其所在组织细胞分泌的
不同组织、不同发育阶段，细胞外基质的成分、含量和存在形式都不同； 胚胎结缔组织：Ⅲ型胶原、透明质酸、弹性蛋白； 成年结缔组织：Ⅰ型胶原、纤连蛋白； 软骨组织：Ⅱ型胶原、蛋白聚糖
2细胞外基质成分的降解是在细胞的控制下进行的
细胞外基质的降解是细胞分泌的蛋白水解酶催化--①基质金属蛋白酶(matrix metallo proteinase,MMP),鉴定出20多种；②丝氨酸蛋白酶
MMP家族是依赖Zn2+和Ca2+的蛋白酶，包括：胶原酶、明胶酶、基质溶解素、弹性蛋白酶等
胶原酶高度特异性，局部降解特异性蛋白位点，既可保持基膜结构完整，又为细胞迁移开辟道路
细胞还能分泌基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶的抑制剂，控制蛋白酶的作用程度和范围
细胞对细胞外基质成分降解的控制和调节，对创伤修复、组织重构、细胞迁移都有重要作用
二，细胞与细胞间的相互作用
细胞间相互作用对多细胞生物个体的发育和分化，及维持细胞的正常生命活动起到至关重要的作用
局部微环境中细胞间相互作用的机制：
①相邻细胞分泌的旁分泌因子对细胞的作用；
②细胞膜并置在一起的近分泌相互作用；
③相邻细胞分泌的外泌体对细胞的调控
第四节 细胞微环境异常与疾病
细胞微环境中各种组分共同作用达到相对平衡，维持一种稳态
当受到其它组织或来源的因素，尤其是病理因素影响时，稳态被打破
如果微环境稳态打破不能够重建平衡，即微环境失衡，将导致疾病，比如肿瘤和器官纤维化
一细胞微环境异常与肿瘤的发生发展
除基因突变外，肿瘤的发生发展与其微环境密切相关肿瘤细胞赖以生存的微环境：
①成纤维细胞是肿瘤微环境中主要的基质细胞。肿瘤附件成纤维细胞活化→肿瘤相关成纤维细胞，分泌大量生长因子、细胞外基质水解酶
②肿瘤微环境中存在大量巨噬细胞。巨噬细胞们被吸引到肿瘤周围→肿瘤相关巨噬细胞，分泌细胞因子、组织蛋白酶等，参与肿瘤周围血管形成、侵袭转移
③肿瘤微环境影响T淋巴细胞的功能，导致T细胞免疫功能下降。微环境促使肿瘤细胞高表达PD-L1,结合T细胞表面PD-1,诱导T细胞凋亡
④在原发性肿瘤细胞周围，包含许多间质细胞，促进肿瘤细胞迁移并抑制T细胞免疫作用
⑤肿瘤微环境中的细胞外基质成分和特性与正常组织明显不同
二细胞微环境异常与器官纤维化
纤维化fibrosis是间质纤维结缔组织对受损实质细胞修复失衡或反应过度的结果，可累及各组织器官
细胞微环境成分的变化与组织器官纤维化有密切关系。多种细胞因子、生长因子参与组织器官的纤维化，形成导致纤维化的信号转导通路；比如转化生长因子（TGF-B)促进合成细胞外基质
第一节 细胞微环境的组成
哺乳动物组织中，细胞的存在与活动都与其周围环境有关，这种环境称为：细胞的微环境cell microenvironment,或niche
细胞微环境是由相邻细胞和非细胞成分共同构成的局部“区室”，参与细胞所在组织结构的有序性和稳定性维持，也参与细胞本身功能活动的调控。
细胞微环境总是处于动态的平衡状态，称：微环境稳态
微环境成分的异常变化，与许多病理过程有关，如肿瘤发展、纤维化及组织创伤修复
微环境的组成：不同类型细胞、细胞外基质、细胞外调节分子、液体物质
微环境的各种成分不仅对细胞起支持、保护、连结、营养作用，且对细胞的增殖、分化、黏着和迁移、代谢等密切相关
一微环境的细胞成分
肿瘤细胞微环境存在大量间质细胞（炎性细胞、内皮细胞、脂肪细胞、肿瘤相关成纤维细胞等）,促进肿瘤生长、转移、逃避免疫系统攻击
细胞外基质
细胞外基质extracellularmatrix,ECM是细胞微环境的核心组分，由细胞分泌到细胞外空间，是由许多大分子，一些蛋白质和多糖或蛋白聚糖构成的精密有序的三维网络结构ECM的两种存在形式：①存在于细胞之间，称：间质性基质；②存在于内皮细胞和上皮细胞的基底部，称：基（底）膜
细胞外基质不仅对细胞起支持、保护、营养作用，还与细胞的增殖、分化、代谢、识别、黏着、迁移等基本生命活动密切相关
细胞外调节因子
信号分子和细胞因子是细胞微环境中重要的细胞外调节分子
信号分子：生物体内的某些化学分子与相应细胞受体结合，在细胞间和细胞内传递信息，如激素、神经递质、生长因子等
细胞因子：由免疫细胞和某些非免疫细胞分泌的一类具有广泛生物学活性的小分子蛋白质，通过与相应细胞受体结合而发挥对细胞的调节作用
细胞微环境的因子除了由生物化学的多样性和特异性之外，还具有生物物理学的多样性，包括分子结构的力学特性，微环境剪切流。
二细胞外基质
构成细胞外基质的大分子种类繁多，大致分为三类
①糖胺聚糖与蛋白聚糖；
糖胺聚糖glycos amino glycan,GAG与蛋白聚糖proteoglycan,PG是一些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
氨基多糖和酸性多糖，为杂多糖的一种，主要存在于高等动物结缔组织中，植物中也有发现。
糖胺聚糖是由重复的二糖单位构成的直链多糖
②胶原和弹性蛋白；
③非胶原糖蛋白：纤连蛋白和层粘连蛋白
从结构表现形式上，细胞外基质主要由凝胶样基质和纤维网架构成
凝胶样基质：糖胺聚糖、蛋白聚糖
纤维网架：胶原、弹性蛋白
黏着作用：纤连蛋白、层粘连蛋白
细胞外基质含量因组织种类而不同，上皮、肌组织、脑等含量较少；结缔组织中细胞外基质含量最大
上肌脑勺结缔多
细胞外基质的组分、组装形式由其产生细胞决定，并与组织细胞的特殊功能需要相适应；如角膜的透明柔软片层细胞外基质
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
三细胞外调节因子
信号分子：生物体内的某些化学分子与相应细胞受体结合，在细胞间和细胞内传递信息，如激素、神经递质、生长因子等
细胞因子：由免疫细胞和某些非免疫细胞分泌的一类具有广泛生物学活性的小分子蛋白质，通过与相应细胞受体结合而发挥对细胞的调节作用
细胞微环境的因子除了由生物化学的多样性和特异性之外，还具有生物物理学的多样性，包括分子结构的力学特性，微环境剪切流。