什么是细胞外基质？

• 细胞外基质类型
• ECM组成
• 糖胺聚糖（GAG）
• 蛋白聚糖
• 糖蛋白
• 纤维蛋白

细胞外基质（ECM）是由细胞分泌并在组织中围绕在其周围。长期以来，它一直被认为是细胞的结构支持，因为它的特性决定了组织的特性（即骨骼相比于软骨、大脑）¹。然而，它并非简单的为细胞被动地提供机械支持，却实际上是由多种生物活性分子组成的一种极其复杂的支架，而这些分子可被高度调节并对于确定其周围细胞的作用和命运至关重要⁴。

细胞外基质类型

ECM具有两种基本形式：

1. 基膜：细胞上皮层和基质层之间的ECM⁵
2. 间质基质围绕细胞形成多孔3D晶格的ECM⁵

基膜

基膜（BM）是在上皮和内皮之间形成的ECM薄层。它围绕着肌肉、脂肪和神经细胞。它可提供机械结构、分离不同的细胞类型以及用于细胞分化、迁移和存活的信号⁶。表1总结了基膜中的蛋白质及其特征性的细胞表面受体⁶。

BM结构被认为是由层粘连蛋白和胶原蛋白IV决定的。层粘连蛋白已被证明在体外可自组装成多边形晶格⁶。同样，胶原蛋白IV也可通过羧基末端NC1（非胶原酶）结构域之间的相互作用以及胶原蛋白三螺旋之间一些轻微的相互作用而在体外自我组装⁶。BM的其他蛋白成分被认为可被非共价的固定在层粘连蛋白和胶原蛋白IV形成的基质中⁶。

可购买到基膜的一种形式。它源自于Engelbreth-Holm-Swarm（EHS）小鼠肉瘤，一种富含ECM蛋白的肿瘤。它的主要成分是层粘连蛋白、胶原蛋白IV、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖和nidogen/巢蛋白。除了这些蛋白质外，还存在有多种生长因子，包括bFGF、EGF、IGF-1、PDGF、NGF和TGF-ß1。这种相同的肿瘤是市售小鼠层粘连蛋白的主要来源。

ECM组成

ECM是蛋白质和糖胺聚糖（一类带负电荷的多糖）的一种复杂的混合物。它由三类物质组成：

1. 糖胺聚糖及其可抗压的蛋白聚糖
2. 粘附性糖蛋白（层粘连蛋白、纤连蛋白、肌腱蛋白、巢蛋白）
3. 提供抗拉强度的纤维蛋白（胶原蛋白、弹性蛋白）

糖胺聚糖（GAG）

GAG最初以ECM中的“空间填充物”而闻名。最近，它们已被证明是活跃的信号分子，可在多种细胞过程（包括细胞因子产生、白细胞募集和炎症反应）中的作用对于控制细胞命运至关重要⁷。

糖胺聚糖（GAG）是由两种基本糖类组成的线性多糖：一种氨基糖和一种糖醛酸^2,3。氨基糖通常是N-乙酰基-D-葡糖胺（D-GlcNAc）或N-乙酰基-D-半乳糖胺（D-GalNAc）。糖醛酸是D-葡萄糖醛酸（D-GlcA）或L-艾杜糖醛酸（L-IdoA）⁷。这些基本成分可通过差向异构、硫酸化和脱乙酰化而进一步变化。碳水化合物链的顺序和其他化学修饰决定了它们的特异性和功能性⁷。

透明质酸是最简单的GAG，因为它并未被硫酸化、未发生差向异构化并且由未修饰的二糖重复序列组成。它通常不会与任何蛋白共价连接。其他的GAG有硫酸软骨素（CS）、硫酸皮肤素（DS）、硫酸角质素（KS）和硫酸乙酰肝素（HS）。这四种GAG通常会与蛋白共价相连以形成蛋白聚糖。软骨素和硫酸乙酰肝素已通过硫酸化进行了广泛的改性^1,2,3。

蛋白聚糖

蛋白聚糖由一个核心蛋白以及一个或多个共价相连的GAG所组成的。它们是被存储在分泌颗粒中、插入至质膜或分泌到ECM中的⁸。表2列举了几种蛋白聚糖及其分子量、GAG链和组织定位。

糖蛋白

层粘连蛋白

目前存在有15种已知的异三聚体层粘连蛋白⁶。层粘连蛋白是由α、β和γ链组成的，其中为5 α、4 β和6 γ链²。它具有一个带有3个短臂以及1个长臂的交叉结构。该α链在C末端具有一个大的球形结构域，称为G结构域。该结构域由3个LG结构域（LG1-LG3）组成，它们通过一个接头区域与另外两个LG结构域（LG4-LG5）相连。整合素与LG1-3结合，而肌营养不良蛋白聚糖与LG4-LG5结合。硫酸乙酰肝素已被证明可与α1链的LG4结合6。层粘连蛋白是基底基质的组成部分；然而，层粘连蛋白异构体的存在会随组织而变化2。层粘连蛋白-1的形式在早期发育中最为突出，并由α1、β1和γ1链组成⁶。

纤连蛋白

纤连蛋白是一种具有~270 kDa分子量的二聚体。它以可溶形式存在于血液和体液以及ECM中的原纤维中。它可结合胶原蛋白、肝素、其他纤连蛋白和细胞表面整合素。纤连蛋白可通过精氨酸、甘氨酸和天冬氨酸（RGD）的三肽基序结合整合素^2,3。

纤维蛋白

胶原蛋白

胶原蛋白是ECM的主要结构组成¹。它们是皮肤和骨骼中最普遍存在的蛋白，占蛋白总量的25％²。胶原蛋白可为层粘连蛋白、蛋白聚糖和细胞表面受体的附着提供支架¹。目前已在脊椎动物中鉴定出28种胶原蛋白（I–XXVIII）¹。胶原蛋白是由多肽链的同源三聚体或异源三聚体所形成的三重螺旋蛋白，称为α链。α链包含一组Gly-X-Y的三氨基酸重复，其中X通常是脯氨酸，而Y是4-羟基脯氨酸（翻译后修饰的脯氨酸）^1,2。

根据它们的超分子体系结构，这些类型可分为：

• 纤丝状（I、II、III、V、XI、XXIV和XXVII）– 最常见的胶原蛋白类型，占人体胶原蛋白的90％；它在骨骼、皮肤、肌腱、韧带和软骨中较为突出。纤维丝的直径为10-30 nm，而组装的胶原蛋白纤维直径为500-3000 nm。
• 纤维丝相连的（FACIT）（IX、XII、XIV、XVI、XIX、XX、XXI、XXII）– 这些胶原蛋白不会形成纤维丝。相反它们会附着在纤维丝形成的胶原蛋白上；他们被认为可以在基质内排列胶原纤维丝
• 珠状纤丝（VI）
• 网络形成（IV、VIII和X）– 这些可形成网状结构，例如在基膜中。它们还可与锚定纤维丝（VII型）相互作用，后者可将基膜连接到ECM中的胶原蛋白和层粘连蛋白。胶原蛋白IV会自我组装，并有助于基膜的形成。
• 跨膜胶原蛋白（XIII、XVII、XXIII、XXV）– 这些超结构在细胞粘附、分化、组织发育和结构完整性中具有功能性作用¹。

弹性蛋白

弹性蛋白，正如其名，可为ECM提供弹性。它可以原弹性蛋白，一种72 kDa前体蛋白的形式生成，并从细胞中分泌出来。它在细胞外空间可与其他弹性蛋白分子交联形成薄片和纤维。弹性蛋白是动脉中存在的主要ECM蛋白，其构成了其干重的~50％²。