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4.13: 细胞外基质
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细胞外基质
 

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4.13: 细胞外基质

为了维持组织结构,许多动物细胞被构成细胞外基质(ECM)的结构分子所包围。ECM中的分子共同维持着组织的结构完整性和某些组织的显著特性。

细胞外基质的组成

细胞外基质(ECM) 通常由基质、凝胶状液体、纤维成分和许多结构和功能不同的分子组成。这些分子包括称为糖胺聚糖 (GAGs的多糖。GAGs占据了细胞外的大部分空间,并且通常相对于它们的质量占据了很大的体积。这就产生了一个能够承受巨大压缩力的矩阵。大多数GAGs与蛋白质有关,产生蛋白多糖。这些分子根据其正电荷保留钠离子,从而吸引水,从而保持ECM的水分。

ECM还含有刚性纤维,如胶原蛋白,这是细胞外基质的主要蛋白质成分。胶原蛋白是动物体内最丰富的蛋白质,占蛋白质质量的25%。结构相似的大量胶原为许多组织提供了抗拉强度。

值得注意的是,像皮肤、血管和肺这样的组织需要既强壮又有弹性才能发挥其生理作用。一种叫做弹性蛋白的蛋白质能使特定的纤维伸缩。纤维连接蛋白是一种在细胞粘附中起重要作用的糖蛋白,因为它直接附着在跨细胞膜的蛋白质上,特别是连接细胞膜和细胞外基质的整合素。整合素还与胶原相互作用,可能引起细胞内反应。

细胞外基质成分依赖于组织和细胞类型

这些分子的组成和相对比例由细胞所在组织的位置、生理功能和邻近细胞类型决定。ECM的这种特殊分子结构被称为局部微环境。特定组织中的细胞分泌决定周围ECM的分子。例如,肠细胞合成、修饰和分泌包围它们的基质所必需的分子,而成骨细胞生成人类骨骼坚硬的细胞外基质分子。不同组织中ECM成分的这种多样性根据其独特的作用和功能产生了特殊的特性。

细胞外基质参与细胞通讯

细胞与局部ECM之间的相互作用也显示出细胞内的影响。例如,对跨膜整合素分子的作用力可导致细胞内肌动球蛋白网络的激活。这可能促进细胞迁移、分裂和其他细胞反应。其中一些反应包括基因表达和细胞信号级联的改变。同样,整合素可以将细胞内信息传递到细胞外。此外,已知ECM与信号分子结合,信号分子在ECM降解时释放。

细胞外基质重塑

动物细胞需要有降解和重塑细胞外基质的能力。在组织修复和生长的情况下尤其如此。因此,细胞通常具有分解细胞外基质所必需的酶。这些酶包括基质金属蛋白酶 (MMPs) ,它们与其他酶一起降解胶原蛋白和纤维连接蛋白等蛋白质。ECM的降解和重塑对包括血管分支在内的健康组织生长具有重要意义。另一方面,当癌细胞在体内扩散时,细胞外基质重塑也有助于癌细胞的转移。


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