細胞外基質的概念
細胞外基質, extracellular matrixc,ecm,由細胞分泌到細胞外間質中的大分子物質，構成複雜的網架結構，支援並連線組織結構、調節組織的發生和細胞的生理活動。 在生物學、細胞外間質或細胞外基質extracellular matrix，ecm是動物組織的一部分, 不屬於任何細胞。細胞外間質決定結締組織的特性。細胞外基質是由動物細胞合成並分泌到胞外、分布在細胞表面或細胞之間的大分子, 主要是一些多醣和蛋白, 或蛋白聚醣。細胞外基質對於一些動物組織的細胞具有重要作用。 分布於細胞外空間，由細胞分泌的蛋白和多醣所構成的網路結構。
細胞外基質的組成可分為三大類：
① 醣胺聚醣glycosaminoglycans、蛋白聚醣proteoglycan, 它們能夠形成水性的膠狀物，在這種膠狀物中包埋有許多其它的基質成分；
②結構蛋白，如膠原和彈性蛋白，它們賦予細胞外基質一定的強度和韌性；
③粘著蛋白adhesive:如纖粘連蛋白和層粘聯蛋白，它們促使細胞同基質結合。其中以膠原和蛋白聚醣為基本骨架在細胞表面形成纖維網狀複合物,這種複合物通過纖粘連蛋白或層粘連蛋白以及其他的連線分子直接與細胞表面受體連線;或附著到受體上。由於受體多數是膜整合蛋白,並與細胞內的骨架蛋白相連,所以細胞外基質通過膜整合蛋白將細胞外與細胞內連成了乙個整體。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、非膠原醣蛋白、氨基聚醣與蛋白聚醣、以及彈性蛋白。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援、連線、保水、保護等物理作用，而且動態的對細胞產生全方位影響。
一、膠原（collagen）
膠原是動物體內含量最豐富的蛋白質，約佔人體蛋白質總量的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、軟骨細胞、成骨細胞及某些上皮細胞合成並分泌到細胞外。
目前已發現的膠原至少有19種，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。
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串行使α鏈捲曲為左手螺旋，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至數微公尺的原纖維，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，**、血管及各種組織變得僵硬，成為老化的乙個重要特徵。人α1（ⅰ）鏈的基因含51個外顯子，因而基因轉錄後的拼接十分複雜。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捲曲。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復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醯-4羥化酶及脯氨醯-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、**變脆，易出血，稱為壞血病。膠原（collagen）是細胞外基質的最重要成分，目前已發現至少19型膠原，但肝臟中含量較高者僅包括ⅰ、ⅲ、ⅳ、ⅴ、ⅵ、ⅹ和ⅷ型。正常人肝臟的膠原含量約為5mg/g肝濕重，ⅰ/ⅲ型膠原的比為1：1，各佔33%左右；肝纖維化和肝硬化時肝臟膠原含量可增加數倍，且ⅰ/ⅲ型的比值可增加到3：1左右。根據膠原的結構和功能可將其分為7類：
1.纖維性膠原（fibril forming collagen） 這是最經典的膠原，如ⅰ、ⅲ、ⅴ和ⅺ型膠原。其肽鏈長達1000個氨基酸，是結締組織中含量最豐富的膠原。前膠原三螺旋的端肽被切除後縱向平行排列，其中每個膠原分子縱向稍偏移，相鄰的肽鏈形成共價鍵交聯從而形成微纖維。一般需經前膠原肽酶（procollagen propeptidase）
將羧基端肽去除後才能形成膠原纖維，但是部分膠原可以帶有氨基端肽而存在於膠原纖維的表面，以阻止膠原纖維繼續增粗，從而繼續起到調節膠原纖維直徑的作用。
2.網狀膠原（network forming collagen） 如ⅳ、ⅷ和ⅹ型膠原，主要分布於基底膜中。與纖維性膠原不同，其端肽不被去除。兩條ⅳ型前膠原肽鏈的羧基端肽（nc1）端-端相連形成二聚體，四條前膠原肽鏈的氨基端肽（7s）端-端形成四聚體，從而相互交聯成三維網狀結構。在肝臟中，ⅳ型膠原主要分布於血管和膽管的基底層，而且還分布於彙管區的成纖維細胞周圍及正常肝血竇的disse腔中。ⅷ型膠原常與彈性纖維一起分布於肝臟的匯管區和包膜中，其功能尚不清楚。
3.微絲狀膠原（microfilament forming collagen） 目前此組只包括ⅵm型膠原。其膚鏈較短，僅為纖維性膠原的三分之一左右。兩條膚鏈反向平行排列，藉端膚相互交聯成二聚體，二聚體冉端-端相連聚集成四聚體。許多四聚體端-端相接形成狀如串珠的微絲狀長鏈。在肝臟中ⅳ型膠原分布於彙管區基質和肝血賣disse腔隙。ⅵ型膠原通常分布在ⅰ型和ⅲ型膠原纖維之間，推測其功能是將血管結構錨定到間質中。最近發現ⅵ型膠原對多種上皮細胞和間質細胞包括肝臟星狀細胞的生長有促進作用，並可抑制細胞凋亡。
4.錨絲狀膠原（collagen of aachoring filament）ⅶ型膠原屬此組，其肽鏈三螺旋長達1530個氨基酸，中間穿插許多非膠原序列。兩條前膠原肽鏈的羧基端肽端-端重疊交聯形成二聚體，多個二聚體以羧基端交聯區為中心側-側聚集成錨絲狀纖維。這一纖維的兩個氨基端肽連線到基地膜的某種分子上起錨定作用，故名。
5.三螺旋區不連續的纖維相關性膠原（fibril associated collagens with intenrupted triplehelices；facit）這一組包括ⅸ、ⅻ、ⅹⅳ、ⅹⅵ及ⅹⅸ型膠原，而且其數目還不斷增加。其本身不形成纖維，但與纖維性膠原纖維的表面相連。目前對這一組膠原的確切功能及組織、細胞分布尚不了解。ⅹⅳ型曾被稱為粗纖維調節素（undulin），但現在認為其特徵性結構為膠原三螺旋，故名ⅹⅳ型膠原。
6.跨膜性膠原（transmembrane collagen） 如ⅹⅶ型膠原，它有乙個細胞內非膠原區，乙個跨膜區和細胞外膠原尾巴。這種膠原主要由**基底角化細胞產生，在肝臟中未發現。
7.尚未分類的膠原：包括ⅹⅲ，ⅹⅴ和ⅹⅷ型膠原。ⅹⅲ型膠原主要分布於**附屬器、骨、軟骨、橫紋肌及腸道黏膜，但不見於肝臟。ⅹⅴ型膠原mrna表達於許多組織和器官的成纖維細胞和上皮細胞。ⅹⅷ型膠原主要分布於肝臟、肺臟和腎臟。值得一提的是，原位雜交研究結果表明在肝臟中ⅹⅷ型膠原主要由肝實質細胞產生，顯然與其它膠原主要由間質細胞產生不同。其羧基端具有抑制血管增生的作用而稱為內皮抑素或內皮它汀（endostatin），初步體外和動物試驗發現它對腫瘤有較強的抑制作用。
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