细胞外基质与细胞的相互作用

生物体的组织由细胞和细胞外基质组成，两者关系密切。一方面，细胞通过控制基质组分的合成和降解来决定细胞外基质的组成。另一方面，细胞外基质对细胞的各种生命活动有重要的影响。它们相互依赖、相互关联，共同决定一个组织的结构和功能。

细胞外基质影响细胞的形态。细胞的形态与其特定的生存关系密切相关，同一细胞在不同的环境中具有不同的形态。体外实验表明，几乎所有的组织细胞从组织中分离出来后，处于单一的自由悬浮状态时，都是球状的。同一细胞在不同的细胞外基质上黏附和铺展时才会表现出不同的形态。例如，上皮细胞只有黏附基膜时才表现出极性，并通过细胞连接形成柱状上皮。

细胞外基质影响细胞的存活和死亡。人体大多数类型的细胞都需要黏附一定的细胞外基质才能生存，细胞外基质在细胞的生存和死亡中起着非常重要的作用。例如，上皮细胞和内皮细胞一旦脱离细胞外基质就会发生凋亡。这种细胞失去基质、缺乏黏附，导致细胞凋亡的现象称为失巢凋亡（anoikis）。失巢凋亡主要是由于细胞与细胞外基质分离后，细胞骨架松散，使线粒体释放细胞色素C从而活化caspase凋亡途径，导致细胞凋亡。当细胞通过整联蛋白黏附于细胞外基质时，能够激活细胞存活相关的信号转导通路（signaling pathway），维持细胞存活。

细胞外基质调节细胞增殖。体外细胞培养实验证实，大多数细胞仅在一定的细胞外基质上黏附并铺展，才能使细胞周期运转，这种现象被称为贴壁依赖性生长（anchorage dependent growth）。细胞的这一特点是由于细胞在黏附于基质时，可以通过整联蛋白介导，将各种生存和增殖信号传递到细胞内，最终影响相关基因的表达。整联蛋白主要通过MAPK途径调控细胞增殖。MAPK信号通路是真核细胞调控细胞增殖和凋亡的关键途径。肿瘤细胞的增殖失去了贴壁依赖性，可在悬浮状态下增殖。(https://www.daowen.com)

细胞外基质参与细胞分化的调控。细胞外基质的多种组分可以通过与细胞表面受体特异性结合，触发细胞内信号传递的一些连锁反应，影响核基因的表达。调控细胞分化实验表明，特定的细胞外基质可以使某些类型的细胞撤离细胞周期而进入分化状态。例如，内皮细胞在胶原基质上培养时进行增殖，在层黏连蛋白基质上则停止增殖进行分化，形成毛细血管样结构。

细胞外基质影响细胞迁移。细胞迁移在个体发生、成体组织再生和创伤修复过程中起着非常活跃的作用。在细胞迁移过程中，细胞发生黏附与去黏附、细胞骨架组装与去组装等，都依赖细胞外基质的影响。细胞通过基膜迁移需要基质成分的局部降解，在这个过程中，基质金属蛋白酶、胶原酶等基质金属蛋白酶通过分解局部的基质成分开辟道路，促进细胞迁移。蛋白酶抑制剂可以阻断细胞迁移。当白细胞穿过血管筋膜迁移到炎症或创伤部位时，或在肿瘤细胞侵袭和转移时，就会发生这种情况。

细胞外基质是由其所在不同组织的细胞以不同的组成、含量和形式合成和分泌的。同一个体的不同组织在不同的发育阶段产生不同的细胞外基质。例如，胚胎结缔组织的细胞外基质主要产生Ⅲ型胶原、透明质酸和弹性蛋白；成年结缔组织中成纤维细胞产生的细胞外基质以Ⅰ型胶原、纤黏连蛋白等为主要成分。

细胞外基质成分的降解是在细胞控制下进行的。细胞分泌的蛋白水解酶催化细胞外基质成分的降解。细胞外基质成分是被细胞分泌的基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶家族联合降解的。基质金属蛋白酶家族是一类Zn2+和Ca2+依赖的蛋白酶（胶原酶、凝胶酶、基质溶解素、弹性蛋白酶等）。胶原酶具有高度的特异性，可以切割蛋白质上的特定位点。这种局部降解的方式既能保持基质结构的完整性，又为细胞迁移开辟了道路。细胞还可以分泌基质金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶抑制剂来控制蛋白酶的作用范围和程度。细胞外基质成分的调控在创面修复、组织重塑和细胞迁移中发挥着重要作用。