細胞外基質 (ECM) 由細胞分泌，並在組織中包圍著細胞。長期以來，細胞外基質被視為細胞的結構支撐，因為細胞外基質的特性決定了組織的特性 (例如：骨與軟骨、腦與軟骨)1。然而，它並非只是細胞的被動、機械性支撐，事實上它是一個異常複雜的支架，由多種生物活性分子組成，這些分子受到高度調控，對於決定它包圍的細胞的作用和命運非常重要4。
細胞外基質類型
ECM 有兩種基本形式：
- 基底膜： 上皮層和基質層細胞之間的 ECM5
- 間質基質： 圍繞細胞形成多孔 3D 網格的 ECM5
基底膜
基底膜 (BM) 是形成於上皮和內皮之間的一層薄薄的 ECM。它包圍著肌肉、脂肪和神經細胞。它提供機械結構、分隔不同類型的細胞，以及細胞分化、遷移和存活的信號6。表 16中概述了基底膜中的蛋白及其特性的細胞表面受體。
BM結構被認為是由層粘連蛋白和膠原蛋白IV設定的。已證明 Laminin 可在體外自行組裝成多角形晶格 6。同樣地，膠原蛋白 IV 也會透過羧基端 NC1（非膠原蛋白酶）區域之間的互動，以及膠原蛋白三重螺旋之間的一些輕微互動，在體外自我組裝6。基底膜的其他蛋白成分被認為是以非共價方式固定在由層粘連蛋白和膠原蛋白 IV6 形成的基質中。
一種形式的基底膜可在市場上買到。它源自於 Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) 小鼠肉瘤，這是一種富含 ECM 蛋白質的腫瘤。它的主要成分是膠原蛋白、膠原蛋白 IV、硫酸肝素蛋白多糖和 nidogen/entactin。除了這些蛋白質之外，還有多種生長因子，包括 bFGF、EGF、IGF-1、PDGF、NGF 和 TGF-ß1。同樣的腫瘤也是市售小鼠膠原蛋白的主要來源。
ECM成分
ECM 是蛋白質和糖胺聚糖（帶負電的多醣類）的複雜混合物。它由三類材料組成：
- 抗壓力的糖胺聚糖及其蛋白多糖
- 黏附性糖蛋白（層黏蛋白、纖維連結蛋白、腱鞘蛋白、nidogen）
Glycosaminoglycans (GAGs)
GAGs最初主要是作為 ECM 中的「空間填充物」而為人所知。最近，它們被證實是活躍的信號分子，其在各種細胞過程（包括細胞激素產生、白細胞募集和炎症反應）中的作用對於控制細胞的命運非常重要7。
糖胺聚糖（GAGs）是由兩種基本糖類組成的線性多醣體：氨基糖和尿酸 2,3。胺基糖通常是 N-acetyl-D-glucosamine (D-GlcNAc) 或 N-acetyl-D-galactosamine (D-GalNAc)。尿酸是 D-葡萄糖醛酸 (D-GlcA) 或 L-尿酸 (L-IdoA)7。這些基本成分會透過外嵌合、硫酸化和脫乙酰化而進一步變化。碳水化合物鏈的順序和其他化學修飾決定了它們的特異性和功能性7。
Hyaluronan是最簡單的GAG，因為它沒有硫酸化、沒有經過二聚化，而且是由未修飾的二糖重複組成。它通常也不會與任何蛋白質共價連結。其他的 GAG 有硫酸軟骨素 (CS)、硫酸皮質素 (DS)、硫酸角質素 (KS) 和硫酸肝素 (HS)。這四種 GAG 通常會以共價方式附著在蛋白質上，形成蛋白多糖。軟骨素和硫酸天門冬酰胺會被硫酸化 1,2,3廣泛地修飾。
蛋白多糖
蛋白多糖是由核心蛋白與一個或多個共價附著的 GAGs 所組成。表 2 列出了幾種蛋白多糖及其分子量、GAG 鏈和組織定位。
糖蛋白
層疊蛋白
目前已知的異三聚體層疊蛋白有 15 種6。Laminin是由α、β和γ鏈所組成，其中有 5 條α鏈、4 條β鏈和 6 條γ鏈2。它具有類似十字架的結構，有 3 條短臂和 1 條長臂。α 鏈在 C 端擁有一個大的球狀結構域，稱為 G 結構域。此結構域由 3 個 LG 結構域 (LG1-LG3) 組成，並透過連結區連接到另外兩個 LG 結構域 (LG4-LG5)。整合素與 LG1-3 結合，而肌纖維則與 LG4-LG5 結合。已證明 Heparan sulfate 與 α1 鏈的 LG4 結合6。层粘连蛋白是基底基质的成分之一；但是，层粘连蛋白的同工型随组织的不同而不同2。層黏蛋白-1 在發育早期最為突出，由 α1、β1 和 γ1 鏈組成6。
纖維連接素
Fibronectin 是一種二聚體，分子量約為 270 kDa。它在血液和體液中以可溶形式存在，在 ECM 中則以纖維狀存在。它能結合膠原蛋白、肝素、其他纖維連結素蛋白和細胞表面整合素。纖連蛋白透過精氨酸、甘氨酸和天冬氨酸 (RGD)2,3 三肽基礎結合整合素。
膠原蛋白是 ECM 的主要結構成分1。它們是皮膚和骨骼中最普遍的蛋白質，佔蛋白質總量的 25%2。膠原蛋白提供支架以附著層蛋白、蛋白多糖和細胞表面受體1。到目前為止，脊椎動物中已發現 28 種類型的膠原蛋白 (I-XXVIII)1。膠原蛋白是由多肽鏈的同三聚體或異三聚體組成的三螺旋蛋白，稱為 α-鏈。 α-鏈有三個氨基酸重複的 Gly-X-Y，其中 X 通常是脯氨酸，Y 是 4-羥基脯氨酸（轉譯後改變的脯氨酸）1,2。
根據它們的超分子結構，這些類型可分為以下幾種：
- 纖維 (I, II, III, V, XI, XXIV 和 XXVII) - 最常見的膠原蛋白類型，佔人體中膠原蛋白的 90%；它在骨頭、皮膚、肌腱、韌帶和軟骨中非常顯著。纖維的直徑為 10-30 nm，組合成的膠原蛋白纖維的直徑可達 500-3000 nm。
- 與纖維相關的 (FACIT) (IX, XII, XIV, XVI, XIX, XX, XXI, XXII) - 這些膠原不形成纖維；相反地，它們附著於形成纖維的膠原；它們被認為在基質內使膠原纖維有序化
Elastin
Elastin 顧名思義，可提供 ECM 的彈性。它以 tropoelastin（一種 72 kDa 的前體蛋白）的形式產生，並從細胞中分泌出來。在細胞外空間，它與其他彈性蛋白分子交聯，形成薄片和纖維。彈性蛋白是動脈中主要的 ECM 蛋白質，佔動脈乾重的約 50%2。
參考資料
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