细胞外基质（ECM）：组织健康的守护者

细胞外基质（ECM）：组织健康的守护者

细胞外基质（ECM）是组织中细胞以外的部分，它构成了一个错综复杂的3D网状结构，以及充填这个网状结构的无形胶状结构。ECM不仅仅是一个简单的组织细胞支持结构，更是组织细胞生存的微环境，与组织细胞的生存、再生、修复和免疫等功能密切相关。这些发现为再生医学及抗老化奠定了基础。现代科学还发现，ECM物理性能的改变，如硬度增加，可能导致某些疾病，甚至癌症。

什么是细胞外基质（ECM）？

细胞外基质（ECM）是组织中细胞以外的部分，它构成了一个错综复杂的3D网状结构，以及充填这个网状结构的无形胶状结构。ECM不仅仅是一个简单的组织细胞支持结构，更是组织细胞生存的微环境，与组织细胞的生存、再生、修复和免疫等功能密切相关。这些发现为再生医学及抗老化奠定了基础。现代科学还发现，ECM物理性能的改变，如硬度增加，可能导致某些疾病，甚至癌症。ECM是动态的、不断变化的，尽管对ECM中的每个组分及其之间的协调机制还有待于深挖，但目前已知它具有以下重要功能：

• 为组织细胞提供结构性支持和生存微环境
• 参与细胞间的信息传递
• 调节干细胞行为和免疫反应
• 储藏和调控生长因子及其他生物活性分子
• 参与和调控组织细胞的机械性和生理生化行为，包括细胞的生长、分化、凋亡、修复、再生等
• 将不同的组织隔离开

ECM存在于我们身体中的所有组织，包括上皮组织、肌肉组织、结缔组织和神经组织。不同组织的ECM在物理特性和组分上各有差异，但在细胞调控方面，如细胞黏附、细胞间信息沟通以及对细胞分化的影响等方面，它们的作用都是极其相似的。

ECM中的重要成员

从结构上看，真皮中ECM主要由三大部分构成：结构性蛋白、链接/粘连性蛋白和无形胶状结构。这些组分共同形成了一个有执行力的ECM，完成组织细胞的所有生物功能。

1. 结构性蛋白

结构性蛋白是ECM中的纤维状蛋白结构，构成了ECM的纤维网。

• 胶原纤维：在人体中已发现28种胶原纤维，真皮中以I型和III型为主，占真皮干重的80%-90%。I型胶原纤维由2条α1和1条α2链组成，具有强悍的抗变形能力和韧性，是支撑和保持皮肤张力的主要结构性蛋白。例如，我们日常使用的皮鞋、皮包就是利用了胶原纤维的这些特性。
• 弹性纤维：与胶原纤维相比，弹性纤维更纤细，能相互连接形成有弹力的纤维蛋白球，其变形能力是胶原纤维的1000倍。弹性纤维能够在外力作用下产生变形，并在外力解除后迅速恢复原状，赋予皮肤良好的弹性和缓冲外力的能力。然而，弹性纤维的更新速度极慢，紫外线、吸烟等不良因素会导致其降解和丢失，是皮肤松弛和粗大皱纹的主要原因之一。

2. 黏着性/连接性蛋白

这些蛋白负责将ECM中的纤维状蛋白结构与细胞连接在一起，参与机械性信息传递、受体传递化学信息以及受体间的信息传递、调控生物分子活性，并为细胞移动提供方便。

• 整合蛋白：整合蛋白是ECM中一种重要的球状蛋白，作为“粘合剂”，将细胞的骨架结构与ECM中的网状结构联系起来，形成ECM-整合蛋白-细胞骨架结构。这种结构不仅稳定了细胞，还使细胞能够感受到机械性信息和ECM物理特性的变化，从而调控细胞的生物功能以及ECM的重建。此外，整合蛋白还作为受体，帮助接受和传递ECM与细胞间的信息。
• 纤连蛋白：纤连蛋白能够与多种ECM成分结合，如整合蛋白、蛋白聚糖、胶原纤维以及细胞表面蛋白等，参与调控细胞行为，包括细胞增殖、分化和创伤修复。
• 层粘蛋白：层粘蛋白是基底膜的主要组分，由α、β、γ三条肽链相互链接形成的非对称性的十字结构，与表皮基底细胞的板桥体紧密连接在一起，起到固定基底细胞的作用。层粘蛋白参与多种生理活动，包括组织存活、血管再生、表皮细胞再生以及组织的修复与愈合等。

3. 无形胶状结构

无形胶状结构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、电解质以及水分等，提供信号传递、细胞迁移以及储藏重要生物活性物质的场所，同时赋予组织柔软性和对外力的缓冲能力。

• 蛋白聚糖类：蛋白聚糖分子以一条蛋白链为核心，以氨基多糖（GAGs）为侧枝连接在一起，形成巨大的分子结构。GAGs在蛋白聚糖分子中占90%左右，能够有效吸引水分，形成均质的胶样填充物，占据网状结构的空间。这个填充物维护细胞的稳定和游走、营养供给、信号传递、储藏和调控多种生物活性物质，其软硬度直接影响组织细胞的生长、繁殖和分化行为。
• 透明质酸：透明质酸是GAG的一种，由不断重复的双糖构成的巨大单链分子，能够与多个蛋白聚糖结合在一起形成巨大的蛋白聚糖多聚体，有效吸收冲击能，与弹性纤维和胶原纤维共同缓冲/抵抗外来冲击力，保护组织和身体免受伤害。

真皮ECM组分的来源及维稳

在皮肤组织中，成纤维细胞是生成真皮ECM中所有组分、维持ECM微环境稳定、参与ECM的更新和重建的主要细胞。成纤维细胞通过分泌金属蛋白酶（MMPs）和组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）来调控胶原纤维更新的速度。成纤维细胞的健康状况与皮肤健康状况、创伤修复以及皮肤衰老有着密不可分的关系。

在创伤修复过程中，其他细胞如表皮细胞、巨噬细胞以及其他炎性细胞也可以生产和释放某些活性蛋白，参与ECM的修复和重建。例如，在伤口愈合过程中，成纤维细胞生长因子7（FGF7）的转录在皮肤伤口中由真皮成纤维细胞显著上调，通过表达显性负性FGF受体2（FGFR2）突变体或敲除FGFR1和FGFR2来阻断表皮对FGF7的响应，会显著减少伤口表皮的细胞分裂和迁移，导致伤口再上皮化受损。

ECM的应用前景

ECM在再生医学、抗老化、创伤修复和组织再生等领域具有广阔的应用前景。例如，在复杂的创伤修复中，ECM的研究成果已经被用于促进伤口愈合、减少瘢痕形成、促进组织再生和修复等，并取得了令人鼓舞的效果。此外，ECM在抗老化领域也显示出巨大的潜力，通过调节ECM的组成和特性，可以延缓皮肤衰老、减少皱纹形成等。

总之，ECM作为组织健康的守护者，在维持组织器官的健康、炎症/免疫反应、组织再生与修复以及衰老等方面发挥着至关重要的作用。随着科学的不断进步，我们对ECM的认识将不断深入，其在医学和生物学领域的应用前景将更加广阔。