什么是細胞外基質(ECM)，但是一定聽說過膠原纖維或者彈性纖維吧?他們就是ECM中的成員;對專業(yè)人士來說， 近年來ECM無論是在研究領域還是在應用領域中的突破性進展，都非常值得我們去重新認識它。

一. 什么是細胞外基質(ECM)?

ECM = ExtraCellular Matrix。細胞外基質(ECM)指的是組織中細胞以外的(非細胞的)部分。它常常包括一個錯綜復雜的3D網狀結構和充填這個網狀結構的無形膠狀結構。

以往認為ECM只是一個簡單的組織細胞支持結構。近年來的發(fā)現完全推翻了這個古老的看法。ECM不僅僅是組織細胞的支持結構，它還是組織細胞生存的微環(huán)境，它跟組織細胞的生存、再生、修復、免疫都有著極其密切的關系。這些發(fā)現為再生醫(yī)學及抗老化奠定了基礎?，F代科學還發(fā)現，即便是ECM物理性能(比如說硬度增加)的改變都可能導致某些疾病，甚至癌癥。ECM是動態(tài)的，不斷變化的。盡管對ECM中的每個組分及其之間的協(xié)調機制還有待于深挖，但是至少現在我們知道它具有以下幾個重要功能：

為組織細胞提供結構性支持和生存微環(huán)境

參與細胞間的信息傳遞

調節(jié)干細胞行為和免疫反應

儲藏和調控生長因子及其他生物活性分子

參與和調控組織細胞的機械性和生理生化行為，包括細胞的生長、分化、凋亡、修復、再生等。

將不同的組織隔離開

ECM存在于我們身體中全部的組織中：上皮組織、肌肉組織、結締組織和神經組織。不同組織由于功能各異，它們的ECM物理特性及組分也各有異，比如說血液跟骨它們的ECM之間的差別。然而，在細胞調控方面，如：細胞黏附、細胞與細胞間的信息溝通以及對細胞分化的影響等方面，它們ECM的作用都是極其相似的。我們大家都熟悉的血漿就是血液的ECM;而真皮作為結締組織，它的非細胞的部分也就是真皮的ECM了。以真皮為例，我們來看看ECM都包括哪些重要的成員及他們的生理機能都有哪些。

二. ECM中的重要成員都有哪些?

從結構上看，真皮中ECM主要由3大部分構成：結構性蛋白、鏈接/粘連性的蛋白、無形膠狀結構。其中每一個組分都不是孤立的，而是它們共同形成了一個有執(zhí)行力的ECM，完成以上我們提到的組織細胞所有的生物功能。

1)結構性蛋白：

指的是ECM中的纖維狀蛋白結構，構成ECM的纖維網。

膠原纖維(collage fibers)：

到目前為止，在人體中所發(fā)現的膠原纖維有28種。真皮中膠原纖維是以I、III型為主的。真皮中的膠原纖維占真皮干重的80% - 90%。在膠原纖維中，I型膠原纖維占90%左右。

每條膠原纖維都是由3條多肽鏈擰成一股的蛋白纖維。不同肽鏈的組合，決定了膠原纖維的個性。比如說，I型膠原纖維是由2條α1和1條α2鏈組成的，因此它有強悍的抗變形能力的同時還具有一定的韌性。是支撐和保持皮膚張力的最主要結構性蛋白。

日常生活中我們已經體驗到膠原纖維強悍的抗變形能力和它的韌性。比如說我們平時使用的皮具，如皮鞋、皮包就是膠原纖維制成的。

彈性纖維(elastin fibers)：

與膠原纖維相比較，彈性纖維比較纖細，它們相互連接形成一個個有彈力的纖維蛋白球。它的變形能力是膠原纖維1000倍，單一的彈性纖維可以被拉長至自身長度的8倍。因此彈性纖維能在外力的作用下很容易產生變形，又能夠在外力解除后迅速恢復原狀態(tài)。它能夠承受不斷重復的拉伸-回縮的運動。對皮膚來說，這個特征不僅僅賦予皮膚很好的彈性，還能有效的緩沖外來的沖擊力，保護皮膚和內臟器官不受沖擊力的傷害。

彈性纖維的更新?lián)Q代速度極其緩慢，而外在因素如紫外線、吸煙及其他不良因素而導致的彈性纖維的降解和的丟失，是皮膚松弛、粗大皺紋的主要原因之一。

2)黏著性/連接性蛋白：

指的是一系列有粘附性和連接性的蛋白，他們常呈球狀，負責把ECM中的纖維狀蛋白結構與細胞連接在一起、參與機械性信息傳遞、擔任受體傳遞化學信息以及受體間的信息傳遞、調控生物分子活性，并為細胞移動提供方便。

整合蛋白(integrins)：

在ECM中整合蛋白是一種非常重要的球狀蛋白，擔任多功能角色。比如說，作為“粘合劑”，整合蛋白把細胞的骨架結構跟ECM中的網狀結構聯(lián)系起來，形成ECM-整合蛋白-細胞骨架結構的結構關系。

這種關系，不僅機械性的穩(wěn)定了細胞，同時還能夠讓細胞感受到機械性信息和ECM物理特性的變化，以此來調控細胞的生物功能以及ECM的重建;再比如說它的受體角色，幫助接受和傳遞ECM跟細胞間溝通信息。

纖連蛋白(fibronectins)：

有能力跟多種ECM成分相結合，如：整合蛋白、蛋白聚糖、膠原纖維以及細胞表面蛋白等，參與調控細胞行為，如：細胞增殖、分化、啟動創(chuàng)傷修復。

層粘蛋白(laminins)：是基底膜的主要組分。

層粘蛋白由 α、β、γ三條肽鏈相互鏈接形成的非對稱性的十字結構與表皮基底細胞的板橋體緊密連接在一起，成為ECM網狀立體結構的一部分，起到固定基底細胞的作用。

層粘蛋白參與多種生理活動，包括組織存活、血管再生、表皮細胞再生以及組織的修復與愈合等。

3)無形膠狀結構：

在ECM的無形膠狀結構中含有大量蛋白聚糖、糖蛋白、氨基多糖、蛋白酶、生物活性分子、電解質以及水分等。提供信號傳遞、細胞遷移、以及儲藏重要生物活性物質的場所。同時還賦予組織的柔軟性和對外力緩沖能力。

蛋白聚糖類(proteoglycans)：

蛋白聚糖分子是以一條蛋白鏈為核心，以氨基多糖(GAGs)為側枝連接在一起巨大的分子結構。蛋白聚糖分子中，GAGs的重量占90%左右。真皮ECM中的蛋白聚糖大約有36種，由于蛋白聚糖的側鏈，氨基多糖，帶有高度極性(帶負電，如)，能夠有效的吸引水分、并共同形成一種均質的膠樣填充物占據著網狀結構的空間。

這個填充物起到維護細胞的穩(wěn)定和游走、營養(yǎng)供給、信號傳遞、儲藏和調控多種生物活性物，包括儲藏和調控生長因子的活性及其他生物活性分子。它的軟硬度可以直接影響到組織細胞的生長、繁殖和分化行為。

透明質酸(GAG):

透明質酸也是GAG的一種，也是由不斷重復的雙糖構成的一個巨大單鏈分子。跟其他GAGs的不同在于它沒有攜帶二硫鍵。但是它能夠跟多個蛋白聚糖結合在一起形成一個巨大的蛋白聚糖的多聚體。能夠有效的吸收沖擊能，跟彈性纖維和膠原纖維共同緩沖/抵抗外來沖擊力組織和身體的傷害。

三. 真皮ECM組分的來源及維穩(wěn)

在皮膚組織中，成纖維細胞是生成真皮ECM中所有組分、維持ECM微環(huán)境穩(wěn)定、參與ECM的更新和重建的主要細胞。成纖維細胞還通過分泌金屬蛋白酶(MMPs)和組織金屬蛋白酶抑制劑(TIMPs)來調控膠原纖維更新的速度。成纖維細胞的健康狀況跟皮膚健康狀況、創(chuàng)傷修復以及皮膚衰老有著密不可分的關系。

創(chuàng)傷修復的過程中，其他細胞也可以生產和釋放生某些活性蛋白的能力，如：表皮細胞、巨噬細胞以及其他炎性細胞等。