細胞外基質
細胞外基質（extracellular matrix，ECM）是由大分子構成的錯綜複雜的網絡。為細胞的生存及活動提供適宜的場所，並通過信號轉導係統影響細胞的形狀、代謝、功能、遷移、增殖和分化。
細胞外基質的成分
構成細胞外基質的大分子種類繁多，可大致歸納為四大類：膠原、非膠原糖蛋白、氨基聚糖與蛋白聚糖、以及彈性蛋白（圖10-1，2）。
上皮組織、肌組織及腦與脊髓中的ECM含量較少，而結締組織中ECM含量較高。細胞外基質的組分及組裝形式由所產生的細胞決定，並與組織的特殊功能需要相適應。例如，角膜的細胞外基質為透明柔軟的片層，肌腱的則堅韌如繩索。細胞外基質不僅靜態的發揮支持、連接、保水、保護等物理作用，而且動態的對細胞產生全方位影響。
圖10-1 細胞外基質的成分
圖10-2 上皮組織的細胞外基質
一、膠原（collagen）
膠原是動物體內含量最豐富的蛋白質，約占人體蛋白質總量的30％以上。它遍布於體內各種器官和組織，是細胞外基質中的框架結構，可由成纖維細胞（圖10-3）、軟骨細胞、成骨細胞及某些上皮細胞合成並分泌到細胞外。
圖10-3 成纖維細胞周圍的膠原纖維
目前已發現的膠原至少有19種（表10-1），由不同的結構基因編碼，具有不同的化學結構及免疫學特性。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ及Ⅺ型膠原為有橫紋的纖維形膠原。
各型膠原都是由三條相同或不同的肽鏈形成三股螺旋，含有三種結構：螺旋區，非螺旋區及球形結構域。其中Ⅰ型膠原的結構最為典型。
表10-1 膠原的類型
圖10-4 膠原的結構（左模式圖，右電鏡照片）
Ⅰ型膠原的原纖維平行排列成較粗大的束，成為光鏡下可見的膠原纖維，抗張強度超過鋼筋。其三股螺旋由二條α1（Ⅰ）鏈及一條α2（Ⅰ）鏈構成。每條α鏈約含1050個氨基酸殘基，由重複的Gly-X-Y序列構成。X常為Pro（脯氨酸），Y常為羥脯氨酸或羥賴氨酸殘基。重複的Gly-X-Y序列使α鏈卷曲為左手螺旋，每圈含3個氨基酸殘基。三股這樣的螺旋再相互盤繞成右手超螺旋，即原膠原。
原膠原分子間通過側向共價交聯，相互呈階梯式有序排列聚合成直徑50~200nm、長150nm至數微米的原纖維，在電鏡下可見間隔67nm的橫紋。膠原原纖維中的交聯鍵是由側向相鄰的賴氨酸或羥賴氨酸殘基氧化後所產生的兩個醛基間進行縮合而形成的。
原膠原共價交聯後成為具有抗張強度的不溶性膠原。胚胎及新生兒的膠原因缺乏分子間的交聯而易於抽提。隨年齡增長，交聯日益增多，皮膚、血管及各種組織變得僵硬，成為老化的一個重要特征。
人α1（Ⅰ）鏈的基因含51個外顯子，因而基因轉錄後的拚接十分複雜。翻譯出的肽鏈稱為前α鏈，其兩端各具有一段不含Gly-X-Y序列的前肽。三條前α鏈的C端前肽借二硫鍵形成鏈間交聯，使三條前α鏈“對齊”排列。然後從C端向N端形成三股螺旋結構。前肽部分則呈非螺旋卷曲。帶有前肽的三股螺旋膠原分子稱為前膠原（procollagen）。膠原變性後不能自然複性重新形成三股螺旋結構，原因是成熟膠原分子的肽鏈不含前肽，故而不能再進行“對齊”排列。
前α鏈在粗麵內質網上合成，並在形成三股螺旋之前於脯氨酸及賴氨酸殘基上進行羥基化修飾，脯氨酸殘基的羥化反應是在與膜結合的脯氨酰-4羥化酶及脯氨酰-3羥化酶的催化下進行的。維生素C是這兩種酶所必需的輔助因子。維生素C缺乏導致膠原的羥化反應不能充分進行，不能形成正常的膠原原纖維，結果非羥化的前α鏈在細胞內被降解。因而，膳食中缺乏維生素C可導致血管、肌腱、皮膚變脆，易出血，稱為壞血病。
二、纖粘連蛋白（fibronectin，FN）
FN是一種大型的糖蛋白，存在於所有脊椎動物，分子含糖4.5－9.5％，糖鏈結構依組織細胞來源及分化狀態而異。FN可將細胞連接到細胞外基質上（圖10-5）。
圖10-5 FN將細胞連接到細胞外基質上
FN以可溶形式存在於血漿（0．3mg/ml）及各種體液中；以不溶形式存在於細胞外基質及細胞表麵。前者總稱血漿FN；後者總稱細胞FN。
各種FN均由相似的亞單位（220KD左右）組成。血漿FN（450KD）是由二條相似的肽鏈在C端借二硫鍵聯成的V字形二聚體（圖15-6）。細胞FN為多聚體。在人體中目前已鑒定的FN亞單位就有20種以上。它們都是由同一基因編碼的產物。轉錄後由於拚接上的不同而形成多種異型分子。
圖15-6 FN的結構模型
每條FN肽鏈約含2450個氨基酸殘基，整個肽鏈由三種類型（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）的模塊（module）重複排列構成。具有5－7個有特定功能的結構域，由對蛋白酶敏感的肽段連接。這些結構域中有些能與其它ECM（如膠原、蛋白聚糖）結合，使細胞外基質形成網絡；有些能與細胞表麵的受體結合，使細胞附著與ECM上。