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.2011年12月1日；3（12）：a005058。
doi:10.1101/cshperspect.a005058。

发育和疾病中的细胞外基质降解和重塑

鹏飞路 1, 高井健, 瓦莱丽·M·韦弗, 泽纳·韦布
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发育和疾病中的细胞外基质降解和重塑

鹏飞路等。 冷泉Harb Perspect生物. .

摘要

细胞外基质（ECM）具有多种功能，是细胞微环境的主要组成部分。ECM是一个高度动态的结构，不断经历ECM组件沉积、降级或以其他方式修改的重塑过程。ECM动力学在组织结构重组过程中不可或缺。ECM重塑是一种重要的细胞分化调控机制，包括干细胞龛的建立和维持、分支形态发生、血管生成、骨重塑和创伤修复等过程。相反，ECM动力学异常会导致细胞增殖和侵袭失控、细胞死亡失败和细胞分化丧失，从而导致先天缺陷和病理过程，包括组织纤维化和癌症。因此，了解细胞外基质重塑的机制及其调控对于开发新的疾病治疗干预措施以及组织工程和再生医学的新策略至关重要。

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数字

图1。
图1。
ECM重塑酶的调节和ECM动力学的生物后果。(一个)ECM重塑酶活性受调控的一些机制。ECM重塑酶的时空表达受转录因子调节（1）。一旦表达，酶可能被传递到特定的亚细胞位置，包括细胞的迁移前沿。根据酶是否携带跨膜结构域，酶可能锚定在质膜上或被分泌（2）。当最初产生时，大多数ECM重塑酶作为前体存在，在加工之前是不活跃的，并且自身抑制前体被其他蛋白酶去除（3）。活性酶可以通过内源性特异性或泛抑制剂（4）快速中和，然后通过溶酶体降解将其永久去除（5）。(B类)ECM的多功能取决于其不同的物理、生化和生物力学特性。基底膜的固定对于各种生物过程至关重要，包括干细胞生物学中的不对称细胞分裂和组织极性的维持（1）。根据上下文，ECM可能会成为细胞迁移的屏障（2）或促进者（3）。此外，通过与生长因子信号分子结合并阻止其自由扩散，ECM充当这些信号的汇并帮助形成浓度梯度（4）。某些ECM成分，包括硫酸乙酰肝素和ECM受体，如CD44，可以选择性地结合不同的生长因子，并作为信号“协同受体”（5）或“呈现者”（6）发挥作用，帮助确定细胞间通信的方向。最后，ECM的生物力学特性，包括刚度，对各种细胞行为，包括细胞分化有着深远的影响（7）。
图2。
图2。
ECM动力学决定脊椎动物器官的上皮分支模式。ECM是动态的，在脊椎动物上皮分支形态发生的各个步骤中发挥着重要作用。需要沉积新合成的ECM（绿色实线），包括纤维连接蛋白和层粘连蛋白，以分裂上皮芽和初级分支（1）。相反，基质金属蛋白酶对ECM（灰色虚线）的部分降解对于上皮细胞从导管侧面发芽并进行侧面分支是必要的（2）。侵袭前沿也需要MMP活性来维持持续的ECM重塑过程，这对上皮细胞的集体迁移至关重要（3）。MMP活性还产生功能性ECM片段以促进尖端上皮细胞的细胞增殖，因此对于提供必要的构建块以维持上皮分支的快速进展至关重要。有趣的是，新合成的ECM也沉积在分支尖端（4）的“颈部”周围。在肾上皮分支中观察到的导管重塑过程中，此处的ECM沉积可能很重要。（图由马克·斯特恩利赫特（Mark Sternlicht）【斯特恩利希特（Sternlich）等人，2006年】创建的原始版本进行了修订，并经许可从爱思唯尔（Elsevier）©2006重新印刷。）
图3。
图3。
数字模式形成、指间织带退化和骨重塑过程中的ECM动力学。(一个)小鼠肢体在36成熟期萌芽的振动部分。上皮信号中心，即顶外胚层脊（AER），通过CD44的绿色免疫荧光检测。切片用核染料TO-PRO-3（红色）复染。插图显示，通过AER细胞表面硫酸乙酰肝素和CD44的活性，AER-FGF8和间充质FGF10选择性靶向对立组织隔室中的细胞，并在肢体发育的上皮-间充质交互对话中实现单向信号活动。(B类)在E13.5小鼠肢芽中，骨骼祖细胞已形成图案，趾间织带正在退化。Sox9 mRNA原位杂交检测到的骨骼原基很明显。插图显示，由于ADAMTS活性而产生的云芝蛋白水解片段对于指间质中的细胞进行凋亡和确保及时的网状退化至关重要。(C类)新生小鼠前肢的骨骼标本，软骨染蓝，骨染红。插图显示，成熟软骨细胞位于不同的“分化区”，表达独特的ECM成分。及时生产相应的基质成分并去除“旧”基质对软骨细胞成熟过程至关重要。（肢体芽和骨骼的图像改编自Lu等人[2008b]，并经许可转载自the Company of Biologists©2008。）
图4。
图4。
ECM动力学在维持干细胞生态位和细胞分化中的作用。与激素、氧气和钙一起2+，ECM可能在维持干细胞特性方面发挥多种作用。ECM将干细胞固定在壁龛中，从而使它们接触到对维持干细胞特性至关重要的旁分泌（1）和细胞-细胞接触信号（未描述）。锚定对有丝分裂纺锤体的定向也很重要，使干细胞能够进行不对称细胞分裂（2），这对于干细胞自我更新和生成注定要经历细胞分化的子细胞至关重要。ECM锚定控制不对称细胞分裂的确切机制尚不清楚，尽管一种可能性是允许细胞质细胞命运决定因素在子细胞之间差异分布。ECM还可以通过其许多其他特征保持干细胞特性，包括生化信号潜力，以及越来越明显的生物力学特性，包括ECM刚度，这可能在细胞脂肪测定中起主要作用（3）。
图5。
图5。
ECM动力学异常会促进癌症的发生和发展。(一个)正常的ECM动力学对于维持组织完整性和通过维持整体健康的微环境来控制罕见的易肿瘤细胞至关重要。随着年龄的增长或在病理条件下，组织会进入一系列致瘤事件(B类). 早期的事件之一是“活化”成纤维细胞或癌相关成纤维细胞的生成（1），这有助于ECM的异常积聚和ECM重塑酶的失控表达（2）。异常ECM可能对周围细胞产生深远影响，包括上皮细胞、内皮细胞、免疫细胞和其他类型的基质细胞。例如，放松管制的ECM可能促进上皮细胞转化和增生（3）。免疫细胞生物学的许多方面，包括渗透、成熟、激活等，也可能受到放松管制的ECM动力学的极大影响。(C类)在晚期肿瘤中，免疫细胞常常被招募到肿瘤部位以促进肿瘤进展（4）。此外，放松管制的ECM影响血管生物学的各个方面，并促进肿瘤相关血管生成（5）。肿瘤血管渗漏的形成反过来促进肿瘤细胞侵袭和远处转移（6）。
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    1. Aiken A，Khokha R，2009年。利用转基因小鼠揭示金属蛋白酶在骨骼生物学和疾病中的作用。Biochim生物物理学报1803:121–132-公共医学
    1. Aitken KJ，Bagli DJ 2009年。膀胱细胞外基质。第一部分：结构、发展和疾病。Nat Rev Urol出版社6:596–611-公共医学
    1. Andrew DJ，Ewald AJ 2009。上皮管的形态发生：了解管的形成、伸长和精细化。Dev Biol开发生物341:34–55-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Apte SS 2009年。具有血小板反应蛋白1型基序（ADAMTS）超家族的去整合素样和金属蛋白酶（再溶酶型）：功能和机制。生物化学杂志284:31493–31497-项目管理咨询公司-公共医学

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