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细胞外基质是细胞分泌到细胞外空间由蛋白质和多糖构成的网络结构，含纤维成分、糖胺聚糖和蛋白聚糖、非纤维状糖蛋白，具结构支持、调控细胞生物学行为等功能，与肿瘤、纤维化疾病相关，儿童生长发育中其组成结构变化，老年人有退行性变化，患基础疾病人群细胞外基质代谢受影响致相关疾病发生。
细胞外基质（extracellularmatrix，ECM）是由细胞分泌到细胞外空间的蛋白质和多糖构成的网络结构。它在组织中填充于细胞之间，对细胞的存活、生长、分化、迁移等诸多生物学行为起着重要的调控作用。例如，在皮肤组织中，细胞外基质中的胶原蛋白等成分为皮肤细胞提供了支撑结构，维持皮肤的强度和弹性。
组成成分
纤维成分：
胶原蛋白：是细胞外基质中最主要的纤维蛋白，约占人体蛋白质总量的1/3。不同类型的胶原蛋白具有不同的功能，Ⅰ型胶原蛋白主要存在于皮肤、肌腱、骨等组织中，赋予组织高强度的机械强度；Ⅱ型胶原蛋白主要分布在软骨组织中，对软骨的弹性和韧性起关键作用。
弹性蛋白：赋予组织弹性，如血管壁中的弹性蛋白使得血管能够适应血液的流动和压力变化而进行弹性回缩。
糖胺聚糖和蛋白聚糖：糖胺聚糖是由重复的二糖单位组成的长链多糖，包括透明质酸、硫酸软骨素等。蛋白聚糖是由糖胺聚糖与核心蛋白质共价结合形成的大分子复合物，它们在细胞外基质中形成水合凝胶，能够保留大量水分，为细胞提供湿润的微环境，同时参与细胞的信号传导等过程。例如，透明质酸在胚胎发育过程中对细胞的迁移和组织形态的形成具有重要作用。
非纤维状糖蛋白：如纤连蛋白和层粘连蛋白等。纤连蛋白能够介导细胞与细胞外基质之间的黏附，促进细胞的迁移、增殖和分化；层粘连蛋白主要存在于基膜中，是基膜的主要组成成分之一，参与细胞的黏附、迁移和分化等过程。
细胞外基质的功能
结构支持功能：为细胞提供机械支撑，维持组织的特定形态。以骨组织为例，细胞外基质中的矿物质（主要是羟基磷灰石）与胶原蛋白等成分共同构成坚硬的骨组织，支撑身体的重量并保护内部器官。
调控细胞生物学行为：
细胞黏附：细胞通过细胞表面的黏附分子与细胞外基质中的成分相互作用而黏附在细胞外基质上，不同的黏附分子与细胞外基质成分的结合具有特异性，这对于细胞在组织中的定位和分布至关重要。例如，成纤维细胞通过其表面的整合素与纤连蛋白结合而黏附在细胞外基质上，进而参与伤口愈合过程中的细胞迁移和增殖。
细胞迁移：细胞外基质可以作为细胞迁移的“轨道”，细胞通过分泌蛋白酶降解细胞外基质成分，然后沿着降解的路径迁移。在胚胎发育过程中，神经细胞的迁移依赖于细胞外基质的引导，神经细胞表面的受体与细胞外基质中的成分相互作用，从而定向迁移到特定的位置形成神经组织。
细胞增殖：细胞外基质能够影响细胞的增殖活动，一些细胞外基质成分可以作为生长因子的载体，将生长因子定位到细胞周围，促进细胞的增殖。例如，血小板衍生生长因子（PDGF）与细胞外基质中的成分结合后，更有效地作用于靶细胞，刺激细胞的增殖。
细胞分化：不同的细胞外基质环境可以诱导细胞向不同的方向分化。在胚胎干细胞的分化过程中，细胞外基质的成分和结构可以决定胚胎干细胞是分化为心肌细胞、神经细胞还是其他类型的细胞。例如，在含有特定细胞外基质成分的培养体系中，胚胎干细胞可以定向分化为心肌细胞。
细胞外基质与疾病的关系
肿瘤相关：在肿瘤发生发展过程中，细胞外基质会发生显著变化。肿瘤细胞可以分泌蛋白酶降解细胞外基质，从而更容易侵袭周围组织并转移到其他部位。例如，基质金属蛋白酶（MMPs）家族的成员能够降解细胞外基质中的胶原蛋白等成分，为肿瘤细胞的侵袭和转移开辟通道。同时，肿瘤微环境中的细胞外基质成分也可以影响肿瘤细胞的生长和存活，一些细胞外基质成分可以通过与肿瘤细胞表面受体结合，传递促肿瘤生长的信号。
纤维化疾病：在肺纤维化、肝纤维化等纤维化疾病中，细胞外基质过度沉积。例如，在肺纤维化时，肺泡周围的细胞外基质中的胶原蛋白等成分大量增多，导致肺泡结构破坏，肺功能下降。这是由于成纤维细胞等细胞受到各种刺激后，分泌过多的细胞外基质成分，而降解机制相对减弱，使得细胞外基质在组织中异常积聚。
特殊人群与细胞外基质的特点
儿童：儿童处于生长发育阶段，细胞外基质的组成和结构会随着生长发育而不断变化。例如，儿童骨骼中的细胞外基质成分不断更新和重塑，以适应身体生长过程中骨骼形态和功能的变化。在儿童的皮肤发育中，细胞外基质中的胶原蛋白等成分的含量和结构也在逐渐完善，以支持皮肤的生长和功能成熟。
老年人：随着年龄的增长，细胞外基质会发生退行性变化。胶原蛋白的交联增加，弹性蛋白的含量减少，导致组织的弹性和强度下降。例如，老年人的皮肤会出现松弛、皱纹增多等现象，这与皮肤细胞外基质中胶原蛋白和弹性蛋白的变化密切相关；在骨骼方面，老年人骨组织中的细胞外基质矿物质含量相对减少，胶原蛋白降解增加，骨密度降低，容易发生骨质疏松等疾病。
患有基础疾病人群：例如患有糖尿病的人群，高血糖环境会影响细胞外基质的代谢。糖尿病患者的细胞外基质中糖胺聚糖的结构可能发生改变，导致血管壁等组织的细胞外基质功能异常，进而影响血管的弹性和血液供应，增加糖尿病性血管病变等并发症的发生风险。又如患有类风湿关节炎的人群，关节部位的细胞外基质会受到炎症等因素的影响，胶原蛋白等成分被异常降解，导致关节软骨和滑膜等组织受损，加重关节的炎症和破坏。
倪新海主任医师
中国医学科学院阜外医院 肺血管与综合内科一病区
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