细胞外基质医学知识讲座培训课件.ppt

1、细胞外基质医学知识细胞外基质医学知识讲座讲座第二节第二节 细胞外细胞外 基质基质ExtraCellular Matrix,ECM2细胞外基质医学知识讲座结缔组织中的成纤维细胞3细胞外基质医学知识讲座 ECM(extracellular matrix)是细胞外大分子构成的网络。是细胞外大分子构成的网络。可分为三类：可分为三类：氨基聚糖与蛋白聚糖氨基聚糖与蛋白聚糖-凝胶样基质凝胶样基质；胶原和弹性蛋白等胶原和弹性蛋白等-纤维网架纤维网架,结构蛋白结构蛋白；非胶原性黏合蛋白，包括纤连蛋白和非胶原性黏合蛋白，包括纤连蛋白和 层粘连蛋白层粘连蛋白-粘附成分粘附成分 ECM的主要组成成分的主要组成成分4细

2、胞外基质医学知识讲座ECM 功 能n1、物理学功能：支持、连接、保护、保水、抗压、营养作用。n2、生物学作用：ECM对细胞功能的影响作用：形态、增殖、分化、粘着、迁移等。细胞对ECM的决定性作用：产生、分子组装、分布、降解。5细胞外基质医学知识讲座一、氨基聚糖和蛋白聚糖n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n构成亲水性凝胶n赋予组织弹性、抗压性6细胞外基质医学知识讲座1、氨基聚糖、氨基聚糖（GAG）n1、结构：重复的二糖单位聚合而成的直链多糖 二糖单位：氨基己糖（N-乙酰氨基葡萄糖）、糖醛酸（葡萄糖醛

3、酸或艾杜糖醛酸）n2、电性：强电负性,COO-,SO32-7细胞外基质医学知识讲座氨基聚糖氨基聚糖可分为六类：可分为六类：透明质酸（HA）硫酸软骨素（CS）硫酸皮肤素（DS）硫酸乙酰肝素（HS）肝素(heparin)硫酸角质素（KS）透明质酸透明质酸(HA)是唯一不硫酸化的是唯一不硫酸化的GAG，含多达，含多达10万个糖基。万个糖基。8细胞外基质医学知识讲座9细胞外基质医学知识讲座透明质酸（HA）n结构：最简单，不发生硫酸化，含有大量亲水性的负电荷基团n形态：呈无规则卷曲状n降解：透明质酸酶n功能：赋予组织弹性、抗压性促进细胞迁移、增殖10细胞外基质医学知识讲座2、蛋白聚糖（Proteogly

4、can,PG）n1、结构：氨基聚糖(除HA外)与核心蛋白共价结合成的糖蛋白nGAG（除HA）PG（单体）核心蛋白 连接蛋白 PG（多聚体）HA 11细胞外基质医学知识讲座(CS)硫酸角质素KSPG连接蛋白HA12细胞外基质医学知识讲座13细胞外基质医学知识讲座3、氨基聚糖氨基聚糖GAG和蛋白聚糖和蛋白聚糖PG的功能的功能n使组织具有弹性、抗压性、抗张、维持组织形态、防止机械损伤等n对物质转运有选择渗透性（分子筛）n透光性，角膜中的硫酸软骨素和硫酸角质素，阻止血管形成，使角膜柔软且透光n抗凝血，肝素PG可与某些凝血因子结合n细胞表面PG具有传递信息作用n与组织老化有关，关节软骨、HA、CS14细

5、胞外基质医学知识讲座 二、二、胶原和弹性蛋白胶原和弹性蛋白15细胞外基质医学知识讲座1、胶原（Collagen）n含量最多（25-30%）、分布广泛n纤维蛋白家族n来源：成纤维细胞 软骨细胞 成骨细胞 上皮细胞等16细胞外基质医学知识讲座17细胞外基质医学知识讲座18细胞外基质医学知识讲座19细胞外基质医学知识讲座1、胶原的主要类型及分布n类型：26种(见表格)由不同的结构基因编码n分布：组织特异性 IIII型-皮肤血管壁等 II型-软骨等 IV型-基膜20细胞外基质医学知识讲座胶原的主要类型21细胞外基质医学知识讲座2、胶原的分子结构n由原胶原交联而成，原胶原是三条肽链由原胶原交联而成，原胶

6、原是三条肽链形成的三股螺旋，形成的三股螺旋，n三条三条多肽链组成三股螺旋结构多肽链组成三股螺旋结构,富含富含GlyGly（甘）（甘）,Pro,Pro（脯）和（脯）和LysLys（赖）（赖）n三肽重复序列：三肽重复序列：Gly-X-Y Gly-X-Y X X：ProPro；Y Y：Hypro/HylysHypro/Hylysn特征性化学修饰：特征性化学修饰：ProPro，LysLys羟基化羟基化 LysLys选择性糖基化选择性糖基化glycineLength300nm22细胞外基质医学知识讲座23细胞外基质医学知识讲座原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶

7、原。溶性胶原。胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的交联而易于抽提。交联而易于抽提。随年龄增长，交联日益增多，组织僵随年龄增长，交联日益增多，组织僵硬老化。硬老化。24细胞外基质医学知识讲座n来源：成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞等n合成：细胞内（细胞核-内质网-高尔基体-分泌小泡）n装配：细胞外n降解：细胞外25细胞外基质医学知识讲座（1）细胞内合成）细胞内合成n细胞核：细胞核：链基因转录加工形成链基因转录加工形成mRNAmRNAnrERrER核糖体：翻译合成核糖体：翻译合成前体肽链前体肽链nERER网腔：切信号肽并网腔：切信号肽并加前肽，形成加前肽，形成前

8、前链链，交联形成，交联形成三股螺旋结构三股螺旋结构-前胶原前胶原分子分子nGolgiGolgi体：前胶原（加工修饰）体：前胶原（加工修饰）n分泌小泡：前胶原（运输至胞外）分泌小泡：前胶原（运输至胞外）（2）细胞外装配）细胞外装配n前胶原-（前肽酶切去前肽）n胶原分子-（有序排列，自我装配）n胶原原纤维（collagen fibril）-（聚集成束）n胶原纤维（collagen fiber）26细胞外基质医学知识讲座1 8 764 32 5 27细胞外基质医学知识讲座（3）胶原的胞外降解n胶原存在、分布稳定，更新转换较慢。但在创伤修复或炎症反应初期，转换速率加快n降解：胶原酶（collagena

9、se）28细胞外基质医学知识讲座二、弹性蛋白（elastin）n弹性蛋白和原纤维蛋白（弹性蛋白和原纤维蛋白（fibrillin）构成弹性纤维（）构成弹性纤维（elastic fiber）。29细胞外基质医学知识讲座1、结构特点n高度疏水的非糖基化纤维蛋白n富含Gly、Pron很少羟化，无糖基化修饰n呈无规则卷曲状n不含Gly-X-Y重复序列，不形成规则的三股螺旋30细胞外基质医学知识讲座2、合成与降解n合成与装配：胞内：可溶性弹性蛋白原 胞外：分子交联装配成弹性纤维网 n降解：弹性蛋白酶3、功能n构成弹性纤维网络的主要成分n与无弹性的胶原互相交织，赋予组织弹性和韧性31细胞外基质医学知识讲座三

10、、非胶原性黏合蛋白三、非胶原性黏合蛋白n黏合蛋白：纤粘连蛋白（fibronectin，FN）层粘连蛋白（laminin，LN）n功能：连接细胞与细胞外基质32细胞外基质医学知识讲座33细胞外基质医学知识讲座1、纤粘连蛋白 FNn（1 1）分布广泛：）分布广泛：血浆血浆FNFN可溶，存在于血浆及各种体液；可溶，存在于血浆及各种体液；细胞细胞FNFN不溶，存在于不溶，存在于ECMECM、细胞表面，主要由、细胞表面，主要由间质细胞分泌产生间质细胞分泌产生n（2 2）分子结构）分子结构n由两个亚基形成二聚体由两个亚基形成二聚体 血浆血浆FNFN：两条多肽链由二硫键交联成二聚体：两条多肽链由二硫键交联成

11、二聚体 细胞细胞FNFN：二聚体交联形成多聚体：二聚体交联形成多聚体n广泛存在于人和动物组织中，属高分子量糖蛋白广泛存在于人和动物组织中，属高分子量糖蛋白n含有多种大分子结合位点含有多种大分子结合位点34细胞外基质医学知识讲座FN 35细胞外基质医学知识讲座FN将细胞连接到细胞外基质上将细胞连接到细胞外基质上 36细胞外基质医学知识讲座n（3）功能功能n介导细胞与ECM的粘附n促进细胞迁移：黏附与去黏附n促进创面修复和血液凝固:血浆FN吸引Fibroblast,SMC,Endothelial cell,并刺激上皮细胞增生37细胞外基质医学知识讲座2、层粘连蛋白 LNn来源：上皮细胞、内皮细胞、

12、肌细胞等，是胚胎发育过程中出现最早的细胞外基质成份n属高分子量黏合糖蛋白，含糖13-28%，由一条重链、二条轻链（、）借二硫键交联而成n与IV型胶原共同构成基膜（BM）38细胞外基质医学知识讲座（1）分子结构n三条多肽链由二硫键交联构成异构三聚体n含有多种大分子结合位点39细胞外基质医学知识讲座（2）、功能n构成基膜（basement membrane,BM）n介导上皮细胞粘着于基膜n影响细胞粘附、迁移、分化、增殖或凋亡等40细胞外基质医学知识讲座一、细胞外基质对细胞生物学的影响一、细胞外基质对细胞生物学的影响 1 1影响细胞的形态结构影响细胞的形态结构不同细胞具有不同的细胞外基质，介导的细胞

13、骨架组装的不同细胞具有不同的细胞外基质，介导的细胞骨架组装的状况不同，从而表现出不同的形状。状况不同，从而表现出不同的形状。2 2影响细胞的生存与死亡影响细胞的生存与死亡定着依赖性：如上皮细胞一旦脱离了定着依赖性：如上皮细胞一旦脱离了ECMECM则会发生失巢凋亡。则会发生失巢凋亡。41细胞外基质医学知识讲座3 3调节细胞的增殖和分化调节细胞的增殖和分化 定着依赖性生长（定着依赖性生长（anchorage dependent growthanchorage dependent growth）。）。如成肌细胞在纤粘连蛋白上增殖并保持未分化的表型；而在如成肌细胞在纤粘连蛋白上增殖并保持未分化的表型；

14、而在层粘连蛋白上则停止增殖，进行分化，融合为肌管。层粘连蛋白上则停止增殖，进行分化，融合为肌管。4 4参与细胞的迁移参与细胞的迁移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。去组装。42细胞外基质医学知识讲座二、细胞对二、细胞对ECM的影响的影响1、ECM由其所在细胞分泌；2、ECM成分的降解是在细胞的控制下进行ECM由基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶家族联合作用下降解。同时细胞也分泌基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶的抑制剂抑制剂控制蛋白酶的作用43细胞外基质医学知识讲座44细胞外基质医学知识讲座基膜（BM）-45细胞外基质医学知识讲

15、座47细胞外基质医学知识讲座图图8 8 单层柱状上皮模式图单层柱状上皮模式图48细胞外基质医学知识讲座49细胞外基质医学知识讲座第三节 与疾病的关系n一、肿瘤转移与细胞粘附分子、细胞外基质n二、细胞粘附分子与其他疾病n三、细胞外基质与组织纤维化50细胞外基质医学知识讲座肿瘤转移与细胞粘附因子、细胞外基质n肿瘤细胞浸润转移从分子水平上可以分为3个阶段：n肿瘤细胞之间的解黏附和肿瘤细胞与ECM之间的黏附;n ECM的降解：肿瘤细胞和宿主细胞分泌的蛋白水解酶,使肿瘤细胞周围的ECM发生降解;n运动：肿瘤细胞被生长因子及趋化因子诱导,向纵深运动。n此过程反复连续进行,宏观结果即表现为肿瘤细胞向外扩展、

16、侵袭。51细胞外基质医学知识讲座n现已证实，肿瘤组织中有多种细胞外基质成分和CAM的改变，且肿瘤细胞还能诱导周围ECM发生有利于肿瘤细胞生长和转移的重构，这些改变赋予了肿瘤的侵袭和转移能力。52细胞外基质医学知识讲座n（一）肿瘤细胞从原发肿瘤部位脱离 原因：肿瘤细胞表面钙粘素（如E-）表达、细胞之间粘附性 基因转染实验证实：钙粘素可限制或逆转肿瘤的转移行为（二）肿瘤细胞穿过基底膜及细胞外基质进入淋巴S或血液S n AM介导 肿瘤细胞-与基底膜、ECM粘附释放蛋白酶降解ECM、破坏基底膜通过细胞移动血循环（三）肿瘤细胞在血循环中的移动 肿瘤细胞ICAM-1表达，而血中SICAM-1表达封闭L2的

17、作用LC、NKC识别瘤细胞能力 肿瘤细胞通过自身粘附或与纤维蛋白沉积物结合瘤血栓逃避免疫监视 通过整合素家族中的GPb/a的介导与血小板粘附肿瘤细胞逃避免疫监视53细胞外基质医学知识讲座(四）肿瘤细胞与易位器官EC的选择性粘附 转移性肿瘤细胞在易位器官穿过血管壁的第一步是与血管内皮细胞的特异性粘附，已证明是由CAM介导的。而且肿瘤细胞转移所具有器官特异性与不同器官血管内皮细胞表达的AM不同有关 易转移入 皮肤黑色素瘤（表达41）-肺 （原因：肺血管EC上VCAM-1表达非常丰实）易转移入 胃Ca、结肠Ca（表达sle寡糖）-肝 （原因：E-选凝素主要分布在肝脏）（五）肿瘤细胞穿过血管基底膜及破

18、坏细胞外基质 “外向侵袭”肿瘤C从Cap和小V进入组织 通过表达的整合素粘附分子、CD44、LM受体等介导与内皮下基底膜（SEM）成分粘附在细胞因子、生长因子诱导下肿瘤细胞产生蛋白酶（金属蛋白酶、丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶）降解SEM成分肿瘤外向转移肿瘤细胞生长、分裂、血管生成转移灶 直接穿过内皮细胞肿瘤外向转移肿瘤细胞生长、分裂、血管生成转移灶54细胞外基质医学知识讲座细胞粘附分子与其他疾病n（一）粘附分子在心血管病理过程中的作用（一）粘附分子在心血管病理过程中的作用AMAM与心肌缺血与心肌缺血-再灌注损伤（再灌注损伤（MIRIMIRI）n在心肌缺血在心肌缺血-再灌注后不同

19、时间，不同再灌注后不同时间，不同AMAM的作用不同的作用不同 再灌注后再灌注后20mim20mim，PMNPMN上的上的L-L-选凝素可很快从激活的细胞表面释放，造成白细胞的滚动状态，这是白细胞与内皮细胞粘附选凝素可很快从激活的细胞表面释放，造成白细胞的滚动状态，这是白细胞与内皮细胞粘附的先决条件。随着再灌注时间的延长，的先决条件。随着再灌注时间的延长，PMNPMN表面表面2 2整合素（整合素（CD11/CD18CD11/CD18）的表达上调（）的表达上调（4h4h）随着再灌注时间的延长，内皮细胞表面随着再灌注时间的延长，内皮细胞表面P-P-选凝素（选凝素（20mim20mim）、）、ICAM

20、-1(1h)ICAM-1(1h)和和E-E-选凝素（选凝素（4h4h）的表达上调，心肌细胞表）的表达上调，心肌细胞表面也出现面也出现ICAM-1ICAM-1的表达的表达 PMNPMN跨内皮细胞迁移跨内皮细胞迁移通过通过2 2整合素整合素/ICAM-1/ICAM-1途经与心肌细胞粘附，直接释放细胞毒性介质造成其损伤。途经与心肌细胞粘附，直接释放细胞毒性介质造成其损伤。应用选凝素、应用选凝素、2 2整合素和整合素和ICAMICAM的单克隆抗体在不同动物的单克隆抗体在不同动物MIRIMIRI模型中均显示了心肌坏死程度减轻，血清模型中均显示了心肌坏死程度减轻，血清CPKCPK活性降低等。表明：抗粘附活

21、性降低等。表明：抗粘附分子治疗可成为临床预防分子治疗可成为临床预防MIRIMIRI的有效途径的有效途径nAMAM与动脉样硬化（与动脉样硬化（ASAS）n在人在人ASAS病变部位内皮细胞上病变部位内皮细胞上VCAM-1VCAM-1表达上调，通过表达上调，通过VCAM-1/41VCAM-1/41整合素途径募集单核细胞，单核细胞又可激活内皮细整合素途径募集单核细胞，单核细胞又可激活内皮细胞而诱导其上的胞而诱导其上的VCAM-1VCAM-1、ICAM-1ICAM-1、E-E-选择素等的表达，以使更多的单核细胞侵润。选择素等的表达，以使更多的单核细胞侵润。n在人在人ASAS病变进展时，某些细胞表面病变进

22、展时，某些细胞表面AMAM的表达则选择性地下调或丧失，最近研究发现，的表达则选择性地下调或丧失，最近研究发现，ASAS病变部位巨噬细胞上病变部位巨噬细胞上CD11bCD11b和和CD18CD18表达下调。表达下调。55细胞外基质医学知识讲座（二）粘附分子在炎症、凝血、组织损伤修复中的作用（二）粘附分子在炎症、凝血、组织损伤修复中的作用 （1 1）AMAM在炎症反应中的作用在炎症反应中的作用nAMAM在下列过程中参与：白血球（在下列过程中参与：白血球（WBCWBC）在微血管中附壁滚动）在微血管中附壁滚动、WBCWBC的激活、的激活、WBCWBC与血管内与血管内皮细胞的粘附、皮细胞的粘附、WBCW

23、BC穿血管游走穿血管游走nAMAM在急性炎症、慢性炎症性疾病均发挥作用，而且还是移植排异反应的始动因素在急性炎症、慢性炎症性疾病均发挥作用，而且还是移植排异反应的始动因素 AMAM介导介导WBCWBC与内皮细胞相互作用与内皮细胞相互作用炎症细胞浸润炎症细胞浸润 AMAM介导淋巴细胞与抗原体呈细胞之间相互作用介导淋巴细胞与抗原体呈细胞之间相互作用激活激活TLCTLC效应细胞效应细胞对移植物细对移植物细胞的杀伤反应胞的杀伤反应 因此人们试图使用阻断粘附的方法治疗炎症性疾病。有：因此人们试图使用阻断粘附的方法治疗炎症性疾病。有：特定粘附分子的单抗特定粘附分子的单抗 合成的粘附分子配体的多肽合成的粘附

24、分子配体的多肽 人工合成的作为选凝素配体的寡糖人工合成的作为选凝素配体的寡糖56细胞外基质医学知识讲座（2 2）AMAM在止血和凝血中的作用在止血和凝血中的作用 血小板是参与止血，凝血和血栓形成过程的主要效应细胞，其与内皮血小板是参与止血，凝血和血栓形成过程的主要效应细胞，其与内皮下基底膜及血浆中粘附蛋白之间的粘附和血小板相互之间的聚集，是由多下基底膜及血浆中粘附蛋白之间的粘附和血小板相互之间的聚集，是由多种粘附分子参与的过程。种粘附分子参与的过程。（3 3）AMAM在组织损伤修复中的作用在组织损伤修复中的作用组织损伤组织损伤炎症反应炎症反应ECEC、WBCWBC的的AMAM表达表达WBCWB

25、C粘附、游出粘附、游出清除病菌、清除病菌、坏死组织坏死组织有利于再生、修复有利于再生、修复组织修复过程中多种细胞的游走是纤连蛋白与其受体结合介导的锚着依组织修复过程中多种细胞的游走是纤连蛋白与其受体结合介导的锚着依赖过程。赖过程。57细胞外基质医学知识讲座（三）（三）AMAM参与免疫反应的调节参与免疫反应的调节 nAMAM在免疫反应过程中发挥重要作用在免疫反应过程中发挥重要作用 CDCD4 4+TLCTLC的激活的激活 BLCBLC的激活（靠活化的的激活（靠活化的TLCTLC表达的表达的AMAM介导）介导）LCLC的归巢、再循环的归巢、再循环 58细胞外基质医学知识讲座细胞外基质与组织纤维化细

26、胞外基质与组织纤维化（一）细胞外基质与肝纤维化 肝纤维化早期时III型胶原增多，发展到肝硬化时，I型和II型胶原均明显增多，且以I 型为主。GAG含量随肝纤维化的加重而增加，肝纤维化早期以透明质酸、硫酸软骨素增多为主，肝硬化晚期以硫酸角质素增多为主。FN含量在肝纤维化早期大量增加，晚期含量减少。（二）细胞外基质与肺纤维化肺纤维化是很多肺疾病的晚期表现，尽管病因各异，其早期表现均为肺泡炎、肺泡壁损伤、间质成分改变，而修复障碍是肺纤维化发生的关健。免疫组化及分子杂交显示石英粉尘所致的大鼠纤维化组织，I、III型胶原的mRNA表达水平上调，早期以III型胶原增加为主，晚期以I型为主。将博莱霉素注入小

27、鼠气管内引起的肺纤维化，发现注射后肺泡灌洗液中及肺组织内糖胺多糖含量增加。59细胞外基质医学知识讲座（三）细胞外基质与（三）细胞外基质与 肾纤维化肾纤维化肾间质纤维化是各种原因造成的肾小管及间质病变的最终结果，也是导致终末期肾衰的主要原因之一。现有的研究表明，ECM在肾间质的过度沉积是引起肾间质纤维化的主要原因，而造成ECM大量沉积的直接原因，则是肾间质中ECM合成增多和分解减少的结果。接受刺激后的成纤维细胞，经过一系列的形态变化，细胞分裂和合成ECM的能力显著提高。首先分泌出纤维粘连蛋白，为其他ECM成分的沉积和胶原的形成提供一个支架，后分泌出大量的I、III、IV型等胶原前体和层粘蛋白、蛋

28、白多糖等，ECM的大量产生导致肾间质中ECM产生和降解失衡，使过量的ECM沉积于基质中。（四）细胞外基质与系统性硬皮病（四）细胞外基质与系统性硬皮病系统性硬皮病皮损中胶原、纤维粘连蛋白和氨基聚糖等ECM成分较正常皮肤明显增加。胶原mRNA表达的增加和胶原酶mRNA表达的下降可能是导致系统性硬皮病患者皮损内胶原过量堆积的原因，而且胶原酶表达下降发生在翻译或翻译后水平。（五）细胞外基质与口腔黏膜下纤维性（五）细胞外基质与口腔黏膜下纤维性(OSF)病变病变OSF组织中主要是I、III、V型胶原，晚期患者组的胶原明显增加。Reichat等在研究OSF病变组织VI型胶原及tenascin的含量时，发现VI型胶原完全缺乏，tenascin没有改变，从而提出OSF患者VI型胶原的完全缺乏可能是口腔粘膜硬化的原因。60细胞外基质医学知识讲座思考题：1.细胞外基质如何分类？2.细胞外基质如何与细胞相互作用？3.概述胶原的结构特点及装配过程4.简述基底膜的结构特点及生物学功能61细胞外基质医学知识讲座