细胞外基质知识讲座优质PPT课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,细胞外基质医学知识讲座,第二节 细胞外 基质,ExtraCellular Matrix,ECM,结缔组织中的成纤维细胞,ECM,(extracellular matrix),是细胞外大分子构成的网络。,可分为三类：,氨基聚糖与蛋白聚糖,-,凝胶样基质,；,胶原和弹性蛋白等,-,纤维网架,结构蛋白,；,非胶原性黏合蛋白，包括纤连蛋白和,层粘连蛋白,-,粘附成分,ECM,的主要组成成分,ECM,功 能,1,、物理学功能：,支持、连接、保护、保水、抗压、营养作用。,2,、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。,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,构成亲水性凝胶,赋予组织弹性、抗压性,1,、氨基聚糖,（,GAG,）,1,、,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（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸）,2,、电性：强电负性,COO-,SO,3,2-,氨基聚糖,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,(HA),是唯一不硫酸化的,GAG,，含多达,10,万个糖基。,透明质酸（,HA,）,结构：最简单，不发生硫酸化，含有大量亲水性的负电荷基团,形态：呈无规则卷曲状,降解：,透明质酸酶,功能：赋予组织弹性、抗压性促进细胞迁移、增殖,2,、蛋白聚糖（,Proteoglycan,PG,）,1,、结构：,氨基聚糖,(,除,HA,外,),与核心蛋白,共价,结合成的糖蛋白,GAG,（除,HA,）,PG,（单体）,核心蛋白,连接蛋白,PG,（多聚体）,HA,(CS),硫酸角质素,KS,PG,连接蛋白,HA,3,、,氨基聚糖,GAG,和蛋白聚糖,PG,的功能,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,对物质转运有选择渗透性（分子筛）,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,抗凝血，肝素,PG,可与某些凝血因子结合,细胞表面,PG,具有传递信息作用,与组织老化有关，关节软骨、,HA,、,CS,二、,胶原和弹性蛋白,1,、,胶原,（,Collagen,）,含量最多（,25-30%,）、分布广泛,纤维蛋白家族,来源：成纤维细胞,软骨细胞,成骨细胞,上皮细胞等,1,、胶原的主要类型及分布,类型：,26,种,(,见表格,),由不同的结构基因编码,分布：组织特异性,IIII,型,-,皮肤,血管壁等,II,型,-,软骨等,IV,型,-,基膜,胶原的主要类型,2,、胶原的分子结构,由原胶原交联而成，原胶原是三条肽链形成的三股螺旋，,三条,多肽链组成三股螺旋结构,富含,Gly,（甘）,Pro,（脯）和,Lys,（赖）,三肽重复序列：,Gly-X-Y,X,：,Pro,；,Y,：,Hypro/Hylys,特征性化学修饰：,Pro,，,Lys,羟基化,Lys,选择性糖基化,glycine,Leng,t,h300nm,原胶原共价交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。,胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的交联而易于抽提。,随年龄增长，交联日益增多，组织僵硬老化。,3,、胶原的合成装配与降解,来源：,成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞等,合成：细胞内（细胞核,-,内质网,-,高尔基体,-,分泌小泡）,装配：细胞外,降解：细胞外,（,1,）细胞内合成,细胞核：,链基因转录加工形成,mRNA,rER,核糖体：翻译合成,前体肽链,ER,网腔：切信号肽并,加前肽，形成,前,链,，交联形成三股螺旋结构,-,前胶原,分子,Golgi,体：前胶原（加工修饰）,分泌小泡：前胶原（运输至胞外）,（,2,）细胞外装配,前胶原,-,（前肽酶切去前肽）,胶原分子,-,（有序排列，自我装配）,胶原原纤维,（,collagen,fibril,）,-,（聚集成束）,胶原纤维,（,collagen,fiber,）,1,链基因转录加工形成,mRNA,8,聚集成束,7,有序排列，自我装,配，胶原原纤维,6,前肽酶切去前肽,4,Golgi,体：前胶原加工修饰,3,切信号肽并加前肽，形成前,链，,交联形成三股螺旋结构,-,前胶原分子,2,rER,核糖体：翻译合成前体肽链,5,分泌小泡：前胶原运输至胞外,（,3,）胶原的胞外降解,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,降解：,胶原酶,（,collagenase,）,二、弹性蛋白（,elastin,）,弹性蛋白和原纤维蛋白（,fibrillin,）构成弹性纤维（,elastic fiber,）。,1,、结构特点,高度疏水的非糖基化纤维蛋白,富含,Gly,、,Pro,很少羟化，无糖基化修饰,呈无规则卷曲状,不含,Gly-X-Y,重复序列，不形成规则的三股螺旋,2,、合成与降解,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,降解：弹性蛋白酶,3,、功能,构成弹性纤维网络的主要成分,与无弹性的胶原互相交织，赋予组织,弹性,和,韧性,三、非胶原性黏合蛋白,黏合蛋白：,纤粘连蛋白（,fibronectin,，,FN,）,层粘连蛋白（,laminin,，,LN,）,功能：连接细胞与细胞外基质,1,、,纤粘连蛋白,FN,（,1,）分布广泛：,血浆,FN,可溶，存在于血浆及各种体液；,细胞,FN,不溶，存在于,ECM,、细胞表面，主要由间质细胞分泌产生,（,2,）分子结构,由两个亚基形成二聚体,血浆,FN,：两条多肽链由二硫键交联成二聚体,细胞,FN,：二聚体交联形成多聚体,广泛存在于人和动物组织中，属高分子量糖蛋白,含有多种大分子结合位点,FN,FN,将细胞连接到细胞外基质上,（,3,）,功能,介导细胞与,ECM,的粘附,促进细胞迁移：黏附与去黏附,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,2,、层粘连蛋白,LN,来源：上皮细胞、内皮细胞、肌细胞等，是胚胎发育过程中出现最早的细胞外基质成份,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,与,IV,型胶原共同构成基膜（,BM,）,（,1,）分子,结构,三条多肽链由二硫键交联构成异构三聚体,含有多种大分子结合位点,（,2,）,、功能,构成基膜,（,basement membrane,BM,）,介导,上皮细胞,粘着于基膜,影响细胞粘附、迁移、分化、增殖或凋亡等,一、细胞外基质对细胞生物学的影响,1,影响细胞的形态结构,不同细胞具有不同的细胞外基质，介导的细胞骨架组装的状况不同，从而表现出不同的形状。,2,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,ECM,则会发生失巢凋亡。,细胞外基质与细胞间的相互作用,3,调节细胞的增殖和分化,定着依赖性生长（,anchorage 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；而在层粘连蛋白上则停止增殖，进行分化，融合为肌管。,4,参与细胞的迁移,细胞的迁移依赖于细胞的粘附与去粘附，细胞骨架的组装与去组装。,二、细胞对,ECM,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,控制蛋白酶的作用,细胞外基质的特化结 构,-,基膜,BM,基膜（,BM,）,-,细胞外基质的特化结构,特化的细胞外基质,分布：上皮、内皮细胞的基底部,组成：主要由,LN,、,IV,型胶原,等构成,作用：隔离上皮细胞与结缔组织细胞；,支持上,(,内,),皮细胞生长；,对分子的通透具有高度选择性筛滤作用。,基底膜,basal lamina or basement membrane,BM,图,8,单层柱状上皮模式图,图,8,单层柱状上皮模式图,第三节 与疾病的关系,一、肿瘤转移与细胞粘附分子、细胞外基质,二、细胞粘附分子与其他疾病,三、细胞外基质与组织纤维化,肿瘤转移与细胞粘附因子、细胞外基质,肿瘤细胞浸润转移从分子水平上可以分为,3,个阶段：,肿瘤细胞之间的解黏附和肿瘤细胞与,ECM,之间的黏附,;,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,;,运动：肿瘤细胞被生长因子及趋化因子诱导,向纵深运动。,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、侵袭。,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。,（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,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,(,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,细胞粘附分子与其他疾病,（一）粘附分子在心血管病理过程中的作用,AM,与心肌缺血,-,再灌注损伤（,MIRI,）,在心肌缺血,-,再灌注后不同时间，不同,AM,的作用不同,再灌注后,20mim,，,PMN,上的,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的先决条件。随着再灌注时间的延长，,PMN,表面,2,整合素（,CD11/CD18,）的表达上调（,4h,）,随着再灌注时间的延长，内皮细胞表面,P-,选凝素（,20mim,）、,ICAM-1(1h),和,E-,选凝素（,4h,）的表达上调，心肌细胞表面也出现,ICAM-1,的表达,PMN,跨内皮细胞迁移通过,2,整合素,/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。,应用选凝素、,2,整合素和,ICAM,的单克隆抗体在不同动物,MIRI,模型中均显示了心肌坏死程度减轻，血清,CPK,活性降低等。表明：抗粘附分子治疗可成为临床预防,MIRI,的有效途径,AM,与动脉样硬化（,AS,）,在人,AS,病变部位内皮细胞上,VCAM-1,表达上调，通过,VCAM-1/41,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,VCAM-1,、,ICAM-1,、,E-,选择素等的表达，以使更多的单核细胞侵润。,在人,AS,病变进展时，某些细胞表面,AM,的表达则选择性地下调或丧失，最近研究发现，,AS,病变部位巨噬细胞上,CD11b,和,CD18,表达下调。,（二）粘附分子在炎症、凝血、组织损伤修复中的作用,（,1,）,AM,在炎症反应中的作用,AM,在下列过程中参与：白血球（,WBC,）在微血管中附壁滚动,、,WBC,的激活、,WBC,与血管内皮细胞的粘附、,WBC,穿血管游走,AM,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,AM,介导,WBC,与内皮细胞相互作用炎症细胞浸润,AM,介导淋巴细胞与抗原体呈细胞之间相互作用激活,TLC,效应细胞对移植物细胞的杀伤反应,因此人们试图使用阻断粘附的方法治疗炎症性疾病。有：特定粘附分子的单抗 合成的粘附分子配体的多肽 人工合成的作为选凝素配体的寡糖,（,2,）,AM,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。,（,3,）,AM,在组织损伤修复中的作用,组织损伤炎症反应,EC,、,WBC,的,AM,表达,WBC,粘附、游出清除病菌、坏死组织有利于再生、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赖过程。,（三）,AM,参与免疫反应的调节,AM,在免疫反应过程中发挥重要作用,CD,4,+,TLC,的激活,BLC,的激活（靠活化的,TLC,表达的,AM,介导）,LC,的归巢、再循环,细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。,（三）细胞外基质与 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,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,(OSF),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。,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,