胶原(collagen)

胶原是细胞外基质中最主要的成分。每个胶原分子是由三个相同或不同的α链组成的同源或异源三聚体糖蛋白。每个α链多肽序列的结构特征是重复的Gly-X-Y序列,就是说每三个氨基酸中就有—个甘氨酸,X和Y代表除甘氨酸以外的其他氨基酸。这种序列结构允许胶原α链折叠成三股螺旋结构。甘氨酸(Gly)在其中很重要,它位于三条肽链组成的三螺旋中央,那儿正好可以容下甘氨酸。胶原大家族目前已知包括26种胶原,分别由44种不同基因产生的α链组成。根据它们的结构特点,胶原大致可分为纤维性胶原(包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ及Ⅺ型胶原)和非纤维性胶原。非纤维性胶原又可进一步分为网状胶原(包括Ⅳ、Ⅷ及X型胶原)、FACIT胶原(fibril-associated collagen with interrupted triple helices,结合在其他胶原表面,包括Ⅸ、Ⅻ、XⅣ及XⅨ胶原)、跨膜胶原(包括XⅢ和XⅦ胶原)、multiplexins胶原(multiple triplehelix domains with interruptions,有XV及XⅧ胶原)以及独特的珠状纤维——Ⅵ型胶原。整合素α1β1、α2β1、α10β1和α11β1是细胞表面主要的胶原受体,其中α2β1与Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ型胶原有较高亲和力,而α1β1则与Ⅳ和Ⅵ型胶原优先结合。

人体皮肤表达的胶原蛋白主要有Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、V、Ⅵ、Ⅶ、XⅣ、XⅦ及XⅧ型胶原。正常人皮肤真皮的间质成分主要是Ⅰ型及Ⅲ型胶原,占正常成人皮肤干重的80%。两种胶原均为纤维状结构。Ⅰ型胶原占总体胶原的80%,是真皮的主要成分。Ⅰ型胶原由两个α2链及一个α1链组成α1α1α2三聚体,Ⅲ型胶原则由三个同样的α1链组成(α1α1α1)。Ⅰ型胶原具有非常强的/促进角质形成细胞黏附和迁移的功能。在皮肤损伤早期主要是Ⅲ型胶原增生,以后逐渐被Ⅰ型胶原所替代。在损伤愈合中,受损胶原的沉积和降解异常会阻碍损伤愈合或导致纤维化。Ⅰ型胶原产生及沉积过多见于瘢痕疙瘩以及硬皮病,被认为与这两种疾病的发病病理有关。Ⅲ型胶原也是真皮细胞外基质的一种主要成分,占真皮胶原的10%,与I型胶原及V型胶原相结合形成胶原纤维束。与Ⅰ型胶原相似,Ⅲ型胶原水平增高也见于瘢痕疙瘩。V型胶原是真皮内表达较低、存在于Ⅰ/Ⅲ型胶原纤维束结构中的少数胶原成分。V型胶原三螺旋主要由一个α1链、一个α2链及一个α3链组成,也可为α1α1α1或α1α1α2的结合。Ⅳ、Ⅶ及XⅦ型三种胶原是半桥粒基底膜带复合体的主要成分,在前面第三节的半桥粒及基底膜带已讲到,此处不再重复。XⅧ型胶原也是一种非纤维性蛋白多糖,由三个同样的α1链组成(α1α1α1),与XV型胶原一起属于multiplexins胶原,它们有多个间断的三螺旋胶原重复区,中间夹有非胶原的区域。

除结构支架的作用外,胶原促进细胞黏附和迁移。胶原通过整合素与细胞结合,为细胞的黏附及迁移提供了轨迹及信号传导。在非胶原区域,胶原还有一些不同于胶原区域的重要功能,例如血管内皮抑素(endostatin),XⅧ型胶原的羧基端一个分子量为22 kD的片段,是一个有效的内源性血管再生和肿瘤生长的抑制剂,其作用主要是抑制内皮细胞增生。转化生长因子TGF-β可以诱导胶原产生增加。胶原基因突变的致病性已在一些人类疾病得到证实,例如Ⅰ、Ⅲ和V型胶原突变与Ehlers-Danlos综合征(EDS)以及我们前面已经讨论过的Ⅳ型胶原改变与损伤及肿瘤有关,Ⅶ型和XⅦ型胶原突变与大疱性表皮松解症(EB)有关。近来还发现XⅧ型胶原基因COL18A1突变与一种Knobloch综合征(KS)有关(下表)。

皮肤主要胶原组成、功能,结构及皮肤相关疾病

EDS综合征是一种先天性结缔组织发育不良综合征,或称为伸展一血管脆性增强综合征或弹力过度性皮肤等。EDS是一种常染色体遗传性疾病,临床上主要表现为皮肤弹性过度、损伤愈合延迟、关节伸展过度、血管脆性增强、皮肤淤斑以及泛发性萎缩性瘢痕或皮肤变薄。皮损病理可见胶原纤维结构异常。DNA分析可见胶原基因突变,常见为Ⅰ型胶原COLIA1或A2、Ⅲ型胶原COL3A1或V型胶原COL5A1基因突变或胶原修饰的酶异常。KS是一种常染色体隐性遗传,临床上主要表现为眼部异常,可有幼年出现高度近视、玻璃体视网膜变性、视网膜脱落以及黄斑色素异常,可以导致失明。还可有双侧内眦赘皮、关节伸展过度以及掌曲皱痕等。基因突变定位于染色体21q22.3 COL18A1基因位点。

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