細胞外基質

細胞外基質主要由4類物質組成，即膠原蛋白、非膠原蛋白、彈性蛋白、蛋白聚糖與氨基聚糖，其在上皮或內皮細胞的基底部者為基底膜，而在細胞間黏附結構者為間質結締組織。

（一）膠原蛋白：

膠原蛋白屬於不溶性纖維形蛋白質，膠原是細胞外基質的主要成分，由三條多肽鏈構成，遍佈於各器官和組織。結締組織中的膠原主要是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型膠原，Ⅳ型膠原主要存在於基底膜。

成纖維細胞、成軟骨細胞、成骨細胞、成牙質細胞、成肌細胞、脂肪細胞、內皮細胞及某些上皮細胞均可分泌膠原蛋白。

膠原蛋白的降解與一般蛋白質有所不同，膠原的轉換率較慢，半生期為數周至數年不等。未變性膠原的典型三股螺旋結構對一般蛋白水解酶具有很強的抵抗力，故不易降解。Ⅰ型膠原必須在一定的膠原酶的作用下，於膠原分子距氨基末端3/4處的Gly-Ile或Gly-Leu之間的肽鍵斷開后，才能被一般的蛋白酶降解；Ⅳ型膠原因三股螺旋結構不連續，故可在非螺旋結構域直接被胃蛋白酶水解為數個片段。組織來源不同的膠原酶對不同類型膠原的水解能力強弱不等，且各種組織產生並釋放的膠原酶通常以無活性的形式存在，經蛋白酶作用后可變為有活性的膠原酶。

具有轉移潛能的腫瘤細胞產生的膠原酶能特異性作用於Ⅳ型膠原而破壞基底膜，為侵襲、轉移創造條件。

（二）非膠原糖蛋白：

非膠原糖蛋白的共同特點是既可與細胞結合，又可與細胞外基質其他大分子結合，將細胞黏著於細胞外基質。ECM中的糖蛋白包括黏附蛋白中層黏連蛋白（LN）、纖維黏連蛋白（FN）、接觸蛋白（ND）與抗黏附蛋白肌腱生長蛋白（tenascin，TN）、骨黏連蛋白（osteonecin，BM-40）、基底膜蛋白（bamin）等，TN是ECM寡聚糖蛋白，BM-40是一種富含半胱氨酸殘基的ECM糖蛋白。

1、纖維黏連蛋白：

纖維黏連蛋白（fibronectin，FN，又稱冷不溶球蛋白CIG、轉化敏感性細胞外巨蛋白質LETS、成纖維細胞表面抗原FSA、調理素-α糖蛋白、血清細胞粘合因子、纖連素、纖維連接蛋白、纖維結構蛋白、纖連蛋白、纖黏連蛋白）是發現最早的細胞外基質非膠原糖蛋白，某些腫瘤患者血漿纖維黏連蛋白升高，腹水中的纖維黏連蛋白濃度可協助鑒別腫瘤性腹水與非腫瘤性腹水（兩者相差10倍），纖維黏連蛋白促進細胞遷移的作用對於腫瘤細胞較正常細胞更強，某些腫瘤細胞對纖維黏連蛋白的趨化性可能與腫瘤的侵襲、轉移和轉移時的器官定位有關。

2、層黏連蛋白：

層黏連蛋白（laminin，LN）存在於早期胚胎及某些腫瘤細胞之間，在正常血液及組織液中的濃度極低。層黏連蛋白具有與Ⅳ型膠原、nidogen（entactin）、硫酸乙醯肝素等分子結合的部位，而層黏連蛋白與Ⅳ型膠原、nidogen（entactin）、硫酸乙醯肝素等分子的結合對於基底膜的構成具有重要意義；層黏連蛋白尚可與上皮細胞、內皮細胞、神經細胞、肌細胞及多種腫瘤細胞結合。

（三）彈性蛋白：

生物組織中彈性較大的結構蛋白。較大量存在於韌帶、血管壁和皮膚等彈性組織中，是彈性纖維的主要成分。能拉長到原長度的幾倍，在張力鬆弛后很快恢復到原來的大小和形狀。具有高彈性的原因是由於在彈性蛋白形成過程中，賴氨酸殘基間發生了交聯；並且只有在銅離子存在下交聯才會發生，否則彈性蛋白將成為無彈性粘性組織。彈性蛋白有三分之一殘基是甘氨酸，脯氨酸含量較大。因成熟的彈性蛋白包含許多交聯結構，故難溶於水，而其先驅體彈性蛋白原則溶於水。彈性蛋白中的極性殘基含量極低，因此化學穩定性很好。彈性蛋白分三級結構：一級結構存在β轉折；二級結構中大量β轉折形成元彈性蛋白螺旋；三級結構由3股元彈性蛋白螺旋擰成，叫彈性蛋白纖維。是β轉折中的化學鍵旋轉造成螺旋而具有彈性。

（四）蛋白聚糖與氨基聚糖：

又稱蛋白多糖、糖胺聚糖（glycosaminoglycan）、粘多糖（mucopolysaccharide），為一種糖蛋白。其糖鏈多為長鏈氨基多糖，許多長鏈氨基多糖連接在一蛋白質核心上而構成的糖蛋白。因其糖含量比蛋白質多許多，有時糖的含量可高達95%，故稱為蛋白多糖。蛋白多糖是構成結締組織的主要成分。構成蛋白多糖的氨基多糖有透明質酸、軟骨質及硫酸軟骨質、硫酸膚質、硫酸角質、肝素及硫酸乙醯肝素等。從結構看均為有羧基或硫酸基的帶負電荷的聚糖，除透明質酸外，這些聚糖均以鏈式連接到核心蛋白分子，連接的聚糖可以是單一的鏈，也可以是多鏈的。

研究表明，細胞外基質並非像過去認為的僅僅起惰性支持物的作用，或將細胞連接在一起，形成組織、器官。而是含有大量信號分子，積極參與控制細胞的生長，極性，形狀、遷移和代謝活動。

對人類細胞的研究表明，細胞外基質中的纖粘蛋白主要由成纖維細胞、上皮細胞等分泌並附著在細胞表面，其作用是促進細胞對基質的貼附，細胞之間的粘著，細胞內微絲及應力纖維的構建。現已經觀察到轉化的體外培養的成纖維細胞，表面纖維蛋白量減少，與此相關地細胞形態變圓，與培養基底貼附鬆弛，胞內應力纖維大大減少，細胞密集，重疊生長。這種轉化細胞接種入正常機體，常能長成癌塊，並侵潤正常組織，發生廣泛轉移。又如上皮細胞分泌膠原蛋白和膜粘蛋白於上皮組織的基底層上，反之，這些蛋白又作為信號“指揮”上皮細胞生長、遷移的方向。在胚胎髮育或愈傷再生時，上皮細胞正是沿著基底層發展的。由此可知，調節細胞生長、發育的若干信息正是通過胞外基質傳遞的。

哺乳動物中，細胞外基質的成分由成纖維細胞及成骨細胞（osteoblast）合成，其中前者位於皮膚、肌腱及其它結締組織中，後者位於骨骼中。膠原蛋白、非膠原糖蛋白等物質在這些細胞中被合成，並通過胞外分泌（exocytosis）釋放到其外部，在胞外完成組裝。例如，膠原蛋白在組裝前以原骨膠原（procollagen）的形式在這兩種細胞中被合成，其在N端及C段各比膠原蛋白多一段保護性肽鏈。當原骨膠原被分泌到胞外時，存在於細胞外的成骨膠原蛋白酶（procollagen proteinase）將兩端的保護性肽鏈切去，並完成膠原蛋白高級結構的組裝。部分人群的這一蛋白酶存在缺陷，會導致細胞外基質的緊緻性喪失，產生皮膚的過度伸展性（hyperextensibility）。這一疾病稱為Ehlers‐Danlos綜合征。