什么是细胞外基质(ECM)，但是一定听说过胶原纤维或者弹性纤维吧?他们就是ECM中的成员;对专业人士来说， 近年来ECM无论是在研究领域还是在应用领域中的突破性进展，都非常值得我们去重新认识它。

一. 什么是细胞外基质(ECM)?

ECM = ExtraCellular Matrix。细胞外基质(ECM)指的是组织中细胞以外的(非细胞的)部分。它常常包括一个错综复杂的3D网状结构和充填这个网状结构的无形胶状结构。

以往认为ECM只是一个简单的组织细胞支持结构。近年来的发现完全推翻了这个古老的看法。ECM不仅仅是组织细胞的支持结构，它还是组织细胞生存的微环境，它跟组织细胞的生存、再生、修复、免疫都有着极其密切的关系。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，即便是ECM物理性能(比如说硬度增加)的改变都可能导致某些疾病，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，但是至少现在我们知道它具有以下几个重要功能：

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存在于我们身体中全部的组织中：上皮组织、肌肉组织、结缔组织和神经组织。不同组织由于功能各异，它们的ECM物理特性及组分也各有异，比如说血液跟骨它们的ECM之间的差别。然而，在细胞调控方面，如：细胞黏附、细胞与细胞间的信息沟通以及对细胞分化的影响等方面，它们ECM的作用都是极其相似的。我们大家都熟悉的血浆就是血液的ECM;而真皮作为结缔组织，它的非细胞的部分也就是真皮的ECM了。以真皮为例，我们来看看ECM都包括哪些重要的成员及他们的生理机能都有哪些。

二. ECM中的重要成员都有哪些?

从结构上看，真皮中ECM主要由3大部分构成：结构性蛋白、链接/粘连性的蛋白、无形胶状结构。其中每一个组分都不是孤立的，而是它们共同形成了一个有执行力的ECM，完成以上我们提到的组织细胞所有的生物功能。

1)结构性蛋白：

指的是ECM中的纤维状蛋白结构，构成ECM的纤维网。

胶原纤维(collage fibers)：

到目前为止，在人体中所发现的胶原纤维有28种。真皮中胶原纤维是以I、III型为主的。真皮中的胶原纤维占真皮干重的80% - 90%。在胶原纤维中，I型胶原纤维占90%左右。

每条胶原纤维都是由3条多肽链拧成一股的蛋白纤维。不同肽链的组合，决定了胶原纤维的个性。比如说，I型胶原纤维是由2条α1和1条α2链组成的，因此它有强悍的抗变形能力的同时还具有一定的韧性。是支撑和保持皮肤张力的最主要结构性蛋白。

日常生活中我们已经体验到胶原纤维强悍的抗变形能力和它的韧性。比如说我们平时使用的皮具，如皮鞋、皮包就是胶原纤维制成的。

弹性纤维(elastin fibers)：

与胶原纤维相比较，弹性纤维比较纤细，它们相互连接形成一个个有弹力的纤维蛋白球。它的变形能力是胶原纤维1000倍，单一的弹性纤维可以被拉长至自身长度的8倍。因此弹性纤维能在外力的作用下很容易产生变形，又能够在外力解除后迅速恢复原状态。它能够承受不断重复的拉伸-回缩的运动。对皮肤来说，这个特征不仅仅赋予皮肤很好的弹性，还能有效的缓冲外来的冲击力，保护皮肤和内脏器官不受冲击力的伤害。

弹性纤维的更新换代速度极其缓慢，而外在因素如紫外线、吸烟及其他不良因素而导致的弹性纤维的降解和的丢失，是皮肤松弛、粗大皱纹的主要原因之一。

2)黏着性/连接性蛋白：

指的是一系列有粘附性和连接性的蛋白，他们常呈球状，负责把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、担任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(integrins)：

在ECM中整合蛋白是一种非常重要的球状蛋白，担任多功能角色。比如说，作为“粘合剂”，整合蛋白把细胞的骨架结构跟ECM中的网状结构联系起来，形成ECM-整合蛋白-细胞骨架结构的结构关系。

这种关系，不仅机械性的稳定了细胞，同时还能够让细胞感受到机械性信息和ECM物理特性的变化，以此来调控细胞的生物功能以及ECM的重建;再比如说它的受体角色，帮助接受和传递ECM跟细胞间沟通信息。

纤连蛋白(fibronectins)：

有能力跟多种ECM成分相结合，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，如：细胞增殖、分化、启动创伤修复。

层粘蛋白(laminins)：是基底膜的主要组分。

层粘蛋白由 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，成为ECM网状立体结构的一部分，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：

在ECM的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。同时还赋予组织的柔软性和对外力缓冲能力。

蛋白聚糖类(proteoglycans)：

蛋白聚糖分子是以一条蛋白链为核心，以氨基多糖(GAGs)为侧枝连接在一起巨大的分子结构。蛋白聚糖分子中，GAGs的重量占90%左右。真皮ECM中的蛋白聚糖大约有36种，由于蛋白聚糖的侧链，氨基多糖，带有高度极性(带负电，如)，能够有效的吸引水分、并共同形成一种均质的胶样填充物占据着网状结构的空间。

这个填充物起到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，包括储藏和调控生长因子的活性及其他生物活性分子。它的软硬度可以直接影响到组织细胞的生长、繁殖和分化行为。

透明质酸(GAG):

透明质酸也是GAG的一种，也是由不断重复的双糖构成的一个巨大单链分子。跟其他GAGs的不同在于它没有携带二硫键。但是它能够跟多个蛋白聚糖结合在一起形成一个巨大的蛋白聚糖的多聚体。能够有效的吸收冲击能，跟弹性纤维和胶原纤维共同缓冲/抵抗外来冲击力组织和身体的伤害。

三. 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。成纤维细胞还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跟皮肤健康状况、创伤修复以及皮肤衰老有着密不可分的关系。

创伤修复的过程中，其他细胞也可以生产和释放生某些活性蛋白的能力，如：表皮细胞、巨噬细胞以及其他炎性细胞等。