细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）是存在于细胞之间的复杂网络结构，由细胞分泌并填充在细胞周围，为细胞提供物理支撑、生化信号和结构稳定性。它在多细胞生物的发育、组织修复、细胞行为调控及疾病发生中发挥关键作用。以下是关于细胞外基质的详细解析：


　　一、组成成分


　　细胞外基质主要由以下三类分子构成：


　　纤维蛋白


　　胶原蛋白：最丰富的成分，形成坚韧的纤维网络，赋予组织抗拉强度（如皮肤、肌腱）。


　　弹性蛋白：赋予组织弹性（如肺、血管）。


　　纤连蛋白、层粘连蛋白：连接细胞与基质，参与细胞黏附和迁移。


　　蛋白聚糖


　　由核心蛋白与糖胺聚糖（如硫酸软骨素、透明质酸）共价结合形成，形成高度水合的凝胶状物质，填充细胞间隙，提供抗压性（如关节软骨）。


　　基质黏附分子


　　包括整合素、选择素等，介导细胞与ECM的黏附，传递机械和化学信号。


　　二、核心功能


　　结构支撑


　　维持组织形态（如骨骼的硬度、皮肤的韧性）。


　　抵抗机械应力（如肌肉收缩时的张力）。


　　细胞行为调控


　　黏附与迁移：通过整合素等受体，引导细胞定向移动（如伤口愈合中的成纤维细胞）。


　　增殖与分化：ECM成分（如层粘连蛋白）可激活细胞内信号通路，调控基因表达。


　　凋亡：异常ECM环境（如纤维化）可能诱导细胞死亡。


　　生化信号传递


　　储存生长因子（如FGF、TGF-β），通过蛋白酶切割或整合素结合释放，调节细胞功能。


　　机械信号转导：细胞通过感知ECM的硬度、拓扑结构等调整行为（如干细胞分化方向）。


　　组织修复与再生


　　炎症反应后，ECM为免疫细胞迁移提供路径，并作为临时支架支持新组织形成。


　　三、动态调控机制


　　合成与降解平衡


　　细胞通过分泌基质金属蛋白酶（MMPs）和组织抑制剂（TIMPs）动态调节ECM成分，维持稳态。


　　失衡会导致疾病（如肿瘤转移中MMPs过度表达，纤维化中TIMPs占优）。


　　细胞-ECM相互作用


　　整合素等受体将ECM的机械信号转化为细胞内生化信号（如通过FAK、Rho GTPase通路）。


　　细胞通过分泌ECM成分和酶，反向重塑周围环境（如肿瘤细胞改造基质以促进侵袭）。


　　四、与疾病的关系


　　纤维化疾病


　　ECM过度沉积（如肺纤维化、肝硬化），导致组织硬化和功能丧失。


　　癌症进展


　　肿瘤细胞改造ECM，形成促血管生成和免疫抑制的微环境，促进转移。


　　遗传性疾病


　　胶原蛋白突变导致成骨不全症（脆骨病）、埃勒斯-丹洛斯综合征（皮肤弹性异常）。


　　衰老相关变化


　　ECM成分交联增加、降解减少，导致组织僵硬（如皮肤皱纹、动脉硬化）。


　　五、研究前沿与应用


　　生物材料设计


　　模拟ECM结构开发人工支架（如3D打印水凝胶），用于组织工程和再生医学。


　　抗纤维化治疗


　　靶向MMPs/TIMPs平衡或抑制ECM合成（如吡非尼酮治疗肺纤维化）。


　　肿瘤微环境调控


　　通过阻断ECM重塑酶（如LOXL2抑制剂）抑制肿瘤转移。


　　机械生物学


　　研究ECM硬度如何影响干细胞命运（如硬基质促进成骨分化，软基质促进神经分化）。


　　总结


　　细胞外基质不仅是细胞的“脚手架”，更是动态的信号枢纽，通过化学和机械方式精细调控细胞行为。理解ECM的组成与功能，为治疗纤维化、癌症和衰老相关疾病提供了新靶点，同时也推动了生物材料和组织工程的发展。